Hoyos negros, ¿Fuentes de vida?

Los hoyos negros en el centro de las galaxias esparcen metales a lo largo del Universo

Cortesía de la NASA

• Los hoyos negros no son los monstruos voraces que engullen todo a su alrededor, parte del material que los circunda es expulsado con gran fuerza hacia toda la galaxia y el medio intergaláctico.

• El equipo internacional de astrónomos que hizo el descubrimiento fue lidereado por Yair Krongold, del Instituto de Astronomía de la UNAM.

• El gas que logra escapar de la tremenda fuerza de atracción de un hoyo negro es regado en el espacio intergaláctico a velocidades mayores a los 6 millones de km/hr.

El gas caliente que escapa de los linderos de enormes hoyos negros podría ser la clave de una forma de “contaminación” intergaláctica con los mismos elementos químicos necesarios para formar moléculas orgánicas (Carbono, oxígeno, nitrógeno, etc.), según las observaciones hechas por el grupo de Yair Krongold, del Instituto de Astronomía de la UNAM, con el satélite de XMM-NEWTON de la Agencia Espacial Europea.

Los hoyos negros no son los voraces monstruos que se engullen todo lo que se les acerca, según los hace parecer la cultura popular. Mientras que el gas circundante al hoyo negro, llamado disco de acreción, no cruce la frontera conocida como el horizonte de eventos, todavía puede escaparse si se calienta lo suficiente.

Durante décadas, los astrofísicos han observado gas caliente que logra escapar de las cercanías del centro de las galaxias activas (galaxias con hoyos negros en su centro) pero hasta ahora se comprueba que el gas escapa de la frontera de los hoyos negros a velocidades de 1000-2000 kilómetros por segundo. Además de maravillarse, los astrofísicos se han preguntado cuánto podría ser el gas que escapa de ser engullido por el hoyo negro. Ahora, con el telescopio espacial de rayos-x XMM-NEWTON de la Agencia Espacial Europea (ESA) han podido obtener medidas bastante precisas de este proceso.

Un equipo internacional de astrónomos, capitaneados por Yair Krongold, del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México, puso la mira desde hace año y medio en un hoyo negro de dos millones de masas solares que se encuentra en el centro de la galaxia activa NGC 4051. Esta peculiar galaxia varía su brillo en cuestión de horas, lo que permite hacer un seguimiento de los cambios en las emisiones de gas. Observaciones anteriores sólo habían revelado las propiedades promedio del gas que logra escapar de la galaxia. Gracias a las capacidades únicas del XMM-NEWTON de mirar un solo objeto celeste con varios instrumentos al mismo tiempo, el equipo acopió información sobre las variaciones en el resplandor del gas y su estado de ionización.

Galaxia NGC 4051, cortesía de Chris Deforeit

Con los datos obtenidos con el XMM-NEWTON, el equipo observó que el gas logra escaparse desde mucho más cerca del hoyo negro de lo que se pensaba. Los investigadores también pudieron determinar la cantidad de gas que evitaba ser engullido. “Calculamos que entre el 2 y el 5 por ciento del material que gira en torno al hoyo negro, o material de acreción, es el que logra escapar”, según aseveró Fabrizio Nicastro, miembro del equipo y que pertenece al Centro de Harvard-Smithsonian de Astrofísica. “Esto es menos de lo que algunos astrónomos esperaban”, agregó.

El gas caliente contiene elementos químicos pesados, que los astrónomos llaman metales. Los metales en realidad son cualquier elemento más pesado que el hidrógeno o el helio, estos incluyen al carbono, el elemento esencial para la vida en la Tierra. Los metales son fabricados en el interior de las estrellas, y expulsados cuando estas estallan en supernovas o nebulosas planetarias, sinembargo la fuerza de las estrellas no es suficiente para bañar a toda la galaxia y el medio intergaláctico con metales. Los astrónomos se han preguntado cómo es que los metales llegan al espacio intergaláctico. El trabajo realizado por este grupo de astrónomos proporciona una pista, pero quizás no la solución definitiva a la interrogante. Galaxias activas más poderosas que NGC 4051 pueblan el espacio, se les conoce como cuásares. Se trata de galaxias en cuyo centro hay un hoyo negro que se alimenta vorazmente del material que lo circunda. Pero también tienen vientos de gas que escapan y de esa manera son acarreados los metales al espacio intergaláctico.

Si los cuásares son los responsables de rociar de metales el espacio intergaláctico, la contaminación podría estarse expandiendo en burbujas que rodean a cada cuasar. De esta forma las diferentes regiones del Universo serían enriquecidas por metales a diferentes velocidades. Esto puede explicar por qué los astrónomos ven diferentes cantidades de metales según la dirección hacia la que están haciendo sus observaciones.

Sin embargo, si la fracción del gas que escapa del hoyo negro es tan baja como el XMM-NEWTON muestra en NGC 4051, los astrónomos tendrán que encontrar otra fuente de metales intergalácticos. Estas fuentes podrían ser las galaxias que con mayor frecuencia forman estrellas, las llamadas Galaxias Infra Rojas Ultra Luminosas (ULIRGs, por sus siglas en inglés).

“Con base en estas mediciones puede decirse que los cuásares están haciendo su contribución de metales al espacio intergaláctico, pero no de todos los metales que hay en el medio intergaláctico, " según concluye Yair Krongold.

Para continuar su investigación, los astrónomos tendrán que utilizar la técnica de XMM-NEWTON sobre una galaxia activa más poderosa. Tales observaciones les permitirán determinar si la cantidad de gas que logra escapar del hoyo negro cambia o permanece igual. Si la cantidad se incrementa habrán solucionado el rompecabezas. Si la cantidad no cambia, la búsqueda tendrá que seguir …

El equipo de investigadores liderado por Yair Krongold, del Instituto de Astronomía de la UNAM, está conformado por Fabrizio Nicastro, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y el Observatorio Astronómico de Roma (quien también ha trabajado en el IA-UNAM); Martin Elvis y Nancy Brickhouse, también del HSCA; Luc Binette, del IA-UNAM; Smita Mathur, de la Ohio State University, y Elena Jiménez-Bailón, del Departamento de Física de la Università degli Studi “Roma Tre”

Los resultados de esta investigación han sido publicados en The Astrophysical Journal V600 N1, Mayo 1 2007 bajo el título: The Compact, Conical, Accretion-disk Warm Absorber of the Seyfert 1 Galaxy NGC 4051 and its Implications for IGM-Galaxy Feedback Processes

Yair Krongold, mexicano de nacimiento, estudió la carrera de física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, la maestría y el doctorado (con honores) en el Instituto de Astronomía de la UNAM y realizó un posdoctorado en el Harvard- Smithsonian Center of Astrophysics, EUA. Desde el 2004 es investigador de tiempo completo en el Instituto de Astronomía de la UNAM.

Yair Krongold, José Franco (Director del IA) y Luc Binette en conferencia de prensa