Dossier Via Làctia: 5 El forat negre al cor de la Via Làctia

La Via Làctia, un magnífic camí d'estrelles al cel nocturn, encara guarda molts secrets. La matèria fosca i l'energia, els forats negres supermassius són temes fascinants per entendre millor la nostra galàxia.

Cada galàxia comporta en el seu centre un forat negre supermassiu, d'una massa compresa entre un milió i mil milions de masses solars. La massa del forat negre és proporcional a la massa del bulb o component de l'esferoide d'estrelles; per això les galàxies el·líptiques tenen els forats negres més massius. La Via Làctia és una galàxia espiral. El seu forat negre és relativament lleuger.

Clic per engrandir. Imatge simulada d'un forat negre estel·lar. Crèdit: Alain R, CC by-sa 2.5

Els bulbs són components estel·lars que tracen l'acumulació de massa adquirida en les fusions de galàxies, o bé l'acreció de galàxies satèl·lits engolides en el passat, esdeveniments que van acompanyats de l'alimentació del forat negre central, a on la massa creix en conseqüència. Així és com podem explicar aquesta relació de proporcionalitat.

Clic per engrandir. Gràfic que mostra la relació entre la massa del forat negre central i la massa del bulb (o esferoide estel·lar) de les galàxies. Aproximadament, la massa del forat negre és el 0,3% de la massa del bulb. Crèdit: K. Cordes, S. Brown (STScI)

Sagitari A*, el forat negre lluminós de la Via Làctia

La nostra galàxia no té un bulb massiu, i per això el seu forat negre és relativament lleuger: quatre milions de masses solars. D'altra banda, està molt a prop nostre (a 24.000 anys llum) i coneixem les seves propietats amb més precisió.

L'infraroig proper, lliure d'enfosquiment per la pols, permet observar les estrelles que orbiten el forat negre central, coincidint amb una feble font de ràdio, Sagitari A*. Aquests estels es mouen a velocitats extremes, de l'ordre de 1.000 km/s, i orbiten a distàncies de l'ordre de deu dies llum del forat negre. El seu període de rotació és de l'ordre de deu anys i és possible mesurar-ne el moviment propi. A aquestes distàncies, el forat negre domina el potencial gravitatori i les òrbites són exactament keplerianes. Tot seguit es mostren algunes d'aquestes òrbites.

Clic per engrandir. En aquest extracte d'una animació preparada pel Grup del Centre Galàctic de la Universitat de Califòrnia a Los Angeles, s'acoblen les posicions de diverses estrelles observades en diferents moments entre el 1995 i el 2010 per reconstruir les seves òrbites. La barra d'escala de l'esquerra és de 0,1 segons d'arc. Crèdit: Andrea Ghez

Les òrbites de les estrelles no es veuen pertorbades pel forat negre, perquè encara estan lluny de l'horitzó. Aquest és el radi de no retorn, el radi a partir del qual la velocitat d'escapament és més gran que la velocitat de la llum. Dins de l'horitzó no pot sortir res, i el forat és realment negre. L'horitzó del forat negre de la Via Làctia és una dècima part de la distància Terra-Sol. El període de rotació a aquesta distància és de l'ordre de sis minuts.

Les observacions de Sagitari A* es van revelar clarament en fonts brillant en raigs X variant en períodes de deu minuts. Sens dubte, aquests fenòmens són emesos per gas girant en una de les últimes òrbites visibles al voltant del forat negre. L'examen de tots aquests fenòmens permetrà estudiar més de prop els camps de gravetat intensos a les proximitats dels forats negres, i per entendre millor la pròpia gravetat.

Clic per engrandir. La galàxia el·líptica NGC 5128, que també és una potent font de ràdio: Centaurus A. En blanc hi ha la galàxia òptica (les estrelles, vistes amb un telescopi d'ESO), i l'enfosquiment a causa de la pols en negre; en taronja, emissió de pols en ones submilimètriques (telescopi Apex, Atacama Pathfinder Experiment ), en blau emissió de raigs X (satèl·lit Chandra). Crèdit: Chandra, NASA

Un forat negre central no actiu

Curiosament, aquest forat negre central no està actiu. Tanmateix, està envoltat de gas molecular que algun dia podria caure-hi i irradiar intensament. El fenomen de nucli actiu de la galàxia és el més brillant de l'univers. Aquesta radiació poderosa s'anomena "quàsar“: el nucli actiu pot ser 1.000 vegades més brillant que tota la galàxia.

Els quàsars han estat durant molt de temps els objectes més llunyans detectats a l'univers. Quan està actiu, fenòmens de retroacció expulsen la matèria lluny del forat negre i, per tant, moderar-ne el creixement. De vegades veiem dolls de plasma movent-se a velocitat relativista, perpendicular al disc d'acreció. Aquests dolls poden transportar gas i pols molt lluny de la galàxia, com en el cas del Centaurus A.

Veure:

Anterior: 4 La Via Làctia i la matèria fosca
Següent: 6 La interacció entre galàxies

Ho he vist aquí.