Yendo en contra del flujo alrededor de un agujero negro supermasivo

En el centro de una galaxia llamada NGC 1068, se esconde un agujero negro supermasivo dentro de una gruesa nube en forma de donut de polvo y gas. Cuando los astrónomos usaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar esta nube con más detalle, hicieron un descubrimiento inesperado que podría explicar por qué los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápidamente en el Universo temprano.

"Gracias a la espectacular resolución de ALMA, medimos el movimiento del gas en las órbitas interiores alrededor del agujero negro", explica Violette Impellizzeri del Observatorio Nacional de Radio Astronomía (NRAO), quien trabaja en ALMA en Chile y es autora principal de un artículo publicado en la revista Astrophysical Journal. "Sorprendentemente, encontramos dos discos de gas girando en direcciones opuestas".

Los agujeros negros supermasivos ya existían cuando el Universo era joven, solo mil millones de años después del Big Bang. Pero cómo estos objetos extremos, cuyas masas son hasta miles de millones de veces la masa del Sol, tuvieron tiempo de crecer en un lapso de tiempo tan relativamente corto, es una pregunta difícil de contestar por los astrónomos. Este nuevo descubrimiento de ALMA podría proporcionar una pista. "Las corrientes de gas en contra-rotación son inestables, lo que significa que las nubes caen en el agujero negro más rápido que en un disco con una sola dirección de rotación", dijo Impellizzeri. "Esta podría ser una forma por la que un agujero negro puede crecer rápidamente".

NGC 1068 (también conocida como Messier 77) es una galaxia espiral a unos 47 millones de años luz de la Tierra, en dirección a la constelación de Cetus. En su centro hay un núcleo galáctico activo, un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente de un disco delgado y giratorio de gas y polvo, también conocido como disco de acreción.

Imagen de ALMA mostrando dos discos de gas moviéndose en direcciones opuestas alrededor del agujero negro de la galaxia NGC 1068. Los colores en esta imagen representan el movimiento del gas: el azul es el material que se mueve hacia nosotros, el rojo se aleja. Los triángulos blancos se añaden para mostrar el gas acelerado que es expulsado del disco interior, formando una nube gruesa y oscura alrededor del agujero negro. (Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Agujero negro que absorbe y lanza materia

Observaciones previas de ALMA revelaron que el agujero negro no solo está tragando material, sino que también está arrojando gas a velocidades increíblemente altas, hasta 500 kilómetros por segundo. Este gas que es expulsado del disco de acreción probablemente contribuye a ocultar la región alrededor del agujero negro de los telescopios ópticos.

Impellizzeri y su equipo utilizaron la capacidad superior de lente de aumento de ALMA para observar el gas molecular alrededor del agujero negro. Inesperadamente, encontraron dos discos de gas en contra-rotación. El disco interno abarca 2-4 años-luz y sigue la rotación de la galaxia, mientras que el disco externo (también conocido como toro) abarca 4-22 años-luz y está rotando en sentido contrario.

"No esperábamos ver esto, porque el gas que cae en un agujero negro normalmente giraría a su alrededor en una sola dirección", dijo Impellizzeri. "Algo debe haber perturbado el flujo, porque es imposible que una parte del disco empiece a girar hacia atrás por sí sola".

La contra-rotación no es un fenómeno inusual en el espacio. "Lo vemos en galaxias, normalmente a miles de años luz de sus centros galácticos", explicó el coautor Jack Gallimore de la Universidad Bucknell en Lewisburg, Pennsylvania. "La contra-rotación siempre resulta de la colisión o interacción entre dos galaxias. Lo que hace que este resultado sea notable es que lo vemos a una escala mucho más pequeña, decenas de años-luz en lugar de miles de años-luz desde el agujero negro central".

Los astrónomos piensan que el flujo hacia atrás en NGC 1068 podría ser causado por nubes de gas que cayeron de la galaxia anfitriona, o por una pequeña galaxia que pasó en una órbita contra-giratoria y que fue capturada en el disco.

Por el momento, el disco exterior parece estar en una órbita estable alrededor del disco interior. "Eso cambiará cuando el disco exterior comience a caer sobre el interior, lo que puede suceder después de unas pocas órbitas o unos pocos cientos de miles de años. Las corrientes rotativas de gas colisionarán y se volverán inestables, y los discos probablemente colapsarán en un evento luminoso cuando el gas molecular caiga en el agujero negro. Desafortunadamente, no estaremos allí para presenciar los fuegos artificiales", dijo Gallimore. (Fuente: NCYT Amazings)