L'activitat "volcànica" d'un forat negre supermassiu amb un detall sense precedents

Clic per engrandir. Imatges en fals color que mostren les estructures produïdes per un forat
negre supermassiu actiu al centre del sistema Nest200047 vist en el visible. L’activitat d’aquest
forat negre afecta de manera crucial l’evolució de la galàxia i l’entorn intergalàctic que l’acull.
Crèdit: Universitat de Bolonya

Un equip internacional d’astrofísics va observar per primera vegada a l’entorn intergalàctic l’evolució del plasma calent a partir de les erupcions d’un forat negre supermassiu actiu. Hi van poder veure estructures, que recorden fortament les volutes i les plomes de fum i cendra produïdes per les erupcions volcàniques, amb detalls inèdits i en una escala temporal de l’ordre de cent milions d’anys.

El 1963, quan Maarten Schmidt, un astrònom holandès, va realitzar l’anàlisi espectral d’una estrella, l’equivalent visible d’una potent font de ràdio anomenada 3C 273, estava lluny de sospitar del que realment s’amagava darrere d’aquesta estrella que marcava el descobriment de quasi estel·lars fonts de ràdio, quàsars segons el nom proposat el 1964 per l’astrofísic xinès Hong-Yee Chiu. 

3C 273 semblava una estrella, però es trobava a més de 2.400 milions d’anys llum de la Via Làctia, el que significa que per poder ser observable a una distància tan cosmològica, havia de tenir una lluminositat absolutament prodigiosa, superior a 5 milions de milions de vegades la del Sol, o presentat d’una altra manera, equivalia a 1.000 vegades els centenars de milers de milions d’estrelles de la nostra Via Làctia.

Ara sabem que aquests quàsars són exemples del que s’anomena nuclis actius de galàxies (nuclis actius galàctics o AGN en anglès) i tenim tota la raó per creure que la seva prodigiosa energia prové de l’acreció de matèria fent girar forats negres supermassius de Kerr, possiblement conté milers de milions de masses solars com M87*, recentment capturades  per membres de la col·laboració de l'Event Horizon Telescope.

En aquest extracte de la plataforma TV-Web-cinema "Du Big Bang au Vivant", que cobreix
descobriments en el camp de l'astrofísica i la cosmologia, Jean-Pierre Luminet ens parla dels
quàsars. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: Jean-Pierre Luminet.

Totes les observacions fetes fins ara donen suport cada cop més a la idea que els forats negres existeixen, però cal tenir en compte que encara falta la prova definitiva de la seva existència perquè de fet podríem veure objectes que es comportaven des d’un punt de vista astrofísic, com els forats negres, però que realment no ho són si no tenen la propietat essencial que els defineix: l’existència d’un horitzó d’esdeveniments tancat que funciona com una membrana que no pot travessar-se només que en una direcció.

El que és cert però, és que els objectes que creiem que són forats negres supermassius creixen en tàndem amb les galàxies que els acullen, ja que en la gran majoria dels casos veiem la mateixa relació de proporcionalitat creixent entre els dos tipus d'astres. Tots dos semblen créixer principalment a través de filaments de matèria freda, segons el paradigma acceptat actualment sobre el seu creixement.

Física relativista del plasma revelada per la radioastronomia

Quan cau prou gas sobre els forats negres supermassius en rotació, es forma un disc de matèria que s’escalfa i s’ionitza, de manera que es produeixen processos complexos de magnetohidrodinàmica relativista en l’espai-temps corbat. Al final, la rotació del forat negre s’acobla amb aquests processos, es produeixen raigs de matèria i la inestabilitat del disc condueix a erupcions. Aquestes erupcions han estat
estudiades durant dècades.

Ens agradaria saber més sobre l’efecte d’aquests dolls i erupcions sobre l’entorn interestel·lar i intergalàctic perquè se sospita que l’activitat dels forats negres té un impacte en la capacitat de les galàxies de produir estrelles. L'activitat dels forats negres supermassius podria provocar l'expulsió del gas de les galàxies, la qual cosa explicaria per què algunes d'elles no han format estrelles noves durant milers de milions d'anys; per la manca de material a utilitzar.

Observat amb un radiotelescopi de baixa freqüència per un equip de científics dirigit per Marisa Brienza de la Universitat de Bolonya, un dels forats negres al centre d’una vintena de galàxies a uns 200 milions d’anys llum de nosaltres ha revelat els efectes dels jets de matèria que recorda els productes de les erupcions volcàniques, és a dir, estructures espectaculars en forma de bolets, anells i filaments. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: MEDIAINAF TV, Marisa Brienza.

Avui continuem estudiant aquestes qüestions i, més generalment, els forats negres supermassius mitjançant radiotelescopis, com en el moment del descobriment dels quàsars. Un article que acaba de publicar-se a Nature Astronomy per un equip internacional d’astrònoms ho demostra; un comunicat de premsa de la Universitat de Bolonya i l'Institut Nacional d'Astrofísica Italià (INAF) també ho il·lustra.

Així, es van mobilitzar els radiotelescopis Lofar (LOw Frequency ARray) per estudiar un grup de vint galàxies situades a uns 200 milions d’anys llum de la Via Làctia i que contenen, com molts cúmuls galàctics, una galàxia gegant central el·líptica. Aquest grup de galàxies s’anomena Nest200047 i, tal com s’explica en el comunicat de premsa de la Universitat de Bolonya, l’estudi realitzat també es va beneficiar d’observacions en el domini tes galàxies. Les pertorbacions de l’entorn intergalàctic també durarien centenars de milions d’anys.

Els astrònoms veuen a l’entorn de Nest200047 bombolles i filaments de plasma de milions d’anys llum, calents i associats a camps magnètics, les estructures dels quals s’assemblen a les produïdes en plomes de cendra i gas injectades a l’ atmosfera de la Terra per algunes erupcions volcàniques.

Clic per engrandir. Els raigs provinents d’erupcions de forats negres produeixen, en xocar amb el
medi intergalàctic, bombolles de plasma i camps magnètics que suren cap a aquest medi des de
la galàxia gegant el·líptica central de Nest200047. Les bombolles es deformen i xoquen
formant estructures toroïdals i filamentàries que recorden les emissions de gas i fum per sobre
de determinats volcans, tal com es mostra al vídeo d’Inaf. Aquesta imatge és una reconstrucció
d’una evolució d’uns 100 milions d’anys aproximadament. Crèdit: M. Brienza/Università di Bologna/Inaf   

 

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo

El Lofar International Telescope (ILT) és un projecte paneuropeu de col·laboració dirigit per ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy. Combinant milers de receptors dipols simples amb un potent processament de senyal digital i un càlcul d’altes prestacions, Lofar pot controlar ràpidament grans àrees del cel, mirant simultàniament en diverses direccions, i funciona a freqüències de ràdio baixes relativament desconegudes, obrint una nova finestra als astrònoms. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: AstronNL.

Ho he vist aquí.