El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA ha captado evidencia de un chorro de partículas extraordinariamente largo de un agujero negro supermasivo en el Universo temprano.
De confirmarse, sería el agujero negro supermasivo más distante con un chorro detectado en rayos X, procedente de una galaxia a unos 12.700 millones de años luz de la Tierra. Puede ayudar a explicar cómo se formaron los agujeros negros más grandes en un momento muy temprano en la historia del Universo.
La fuente del chorro es un quásar, un agujero negro supermasivo de rápido crecimiento, llamado PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 para abreviar), que se encuentra en el centro de una galaxia joven. Es uno de los dos cuásares más poderosos detectados en ondas de radio en los primeros mil millones de años después del Big Bang, y es aproximadamente mil millones de veces más masivo que el Sol.
¿Cómo pueden los agujeros negros supermasivos crecer tan rápidamente para alcanzar una masa tan enorme en esta época temprana del Universo? Ésta es una de las cuestiones clave de la astronomía actual.
A pesar de su poderosa gravedad y temible reputación, los agujeros negros no atraen inevitablemente todo lo que se acerca a ellos. El material que orbita alrededor de un agujero negro en un disco necesita perder velocidad y energía antes de que pueda caer más hacia adentro para cruzar el llamado horizonte de eventos, el punto de no retorno. Los campos magnéticos pueden causar un efecto de frenado en el disco al impulsar un chorro, que es una forma clave para que el material en el disco pierda energía y, por lo tanto, mejore la tasa de crecimiento de los agujeros negros.
«Si un tiovivo en el patio de recreo se mueve demasiado rápido, es difícil para un niño moverse hacia el centro, por lo que alguien o algo necesita reducir la velocidad», dijo en un comunicado Thomas Connor del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, quien dirigió el estudio. «Alrededor de los agujeros negros supermasivos, creemos que los chorros pueden quitar suficiente energía para que el material pueda caer hacia adentro y el agujero negro pueda crecer».
Los astrónomos necesitaban observar PJ352-15 durante un total de tres días utilizando la visión nítida de Chandra para detectar evidencia del chorro de rayos X. La emisión de rayos X se detectó a unos 160.000 años luz de distancia del cuásar en la misma dirección que los chorros mucho más cortos que se ven en las ondas de radio. En comparación, toda la Vía Láctea abarca unos 100.000 años luz.
PJ352-15 rompe un par de récords astronómicos diferentes. Primero, el chorro más largo observado anteriormente desde los primeros mil millones de años después del Big Bang tenía solo unos 5.000 años luz de longitud, lo que corresponde a las observaciones de radio de PJ352-15. En segundo lugar, PJ352-15 está a unos 300 millones de años luz más lejos que el chorro de rayos X más distante registrado antes.
«La longitud de este chorro es significativa porque significa que el agujero negro supermasivo que lo alimenta ha estado creciendo durante un período de tiempo considerable», dijo el coautor Eduardo Bañados del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA). «Este resultado subraya cómo los estudios de rayos X de cuásares distantes proporcionan una forma crítica de estudiar el crecimiento de los agujeros negros supermasivos más distantes».
La luz detectada de este chorro se emitió cuando el Universo tenía solo 980 millones de años, menos de una décima parte de su edad actual. En este punto, la intensidad de la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) que quedó del Big Bang era mucho mayor de lo que es hoy.
A medida que los electrones en el chorro vuelan lejos del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz, se mueven y chocan con los fotones que forman la radiación CMB, aumentando la energía de los fotones en el rango de rayos X para ser detectados por Chandra. En este escenario, el brillo de los rayos X aumenta significativamente en comparación con las ondas de radio. Esto concuerda con la observación de que la función de chorro de rayos X grande no tiene ninguna emisión de radio asociada.
«Nuestro resultado muestra que las observaciones de rayos X pueden ser una de las mejores formas de estudiar quásares con chorros en el Universo temprano», dijo el coautor Daniel Stern, también de JPL. «O para decirlo de otra manera, las observaciones de rayos X en el futuro pueden ser la clave para descubrir los secretos de nuestro pasado cósmico».
Un artículo que describe estos resultados ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal.
