Las fascinantes rosquillas que rodean a los Agujeros Negros Activos

Por Emilio Donoso*

Un nuevo rastreo de más de 170,000 agujeros negros supermasivos detectados con el telescopio espacial Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, ha llevado a investigadores de Argentina, Chile y Estados Unidos a reexaminar conceptos y teorías desarrollados por primera vez hace más de 30 años. La teoría de unificación de agujeros negros supermasivos activos fue creada para explicar porqué los agujeros negros, similares en naturaleza, se observan con propiedades muy distintas. Algunos parecen estar envueltos en polvo y otros parecen estar expuestos, fáciles de observar.

El modelo unificado soluciona el problema proponiendo que cada agujero negro está rodeado por una estructura de polvo en forma de rosquilla, cuya orientación determina la apariencia del agujero negro. Por ejemplo, si el toroide (que es la superficie de revolución generada por un polígono que gira alrededor de un eje) está orientado de perfil entonces el polvo bloquea la luz del agujero negro que así aparece escondido u oscurecido, mientras que si se orienta de cara entonces observamos el agujero negro “desnudo”.

Los nuevos resultados de WISE no coinciden totalmente con esta teoría. Los investigadores encontraron evidencia de que algún otro mecanismo aparte de esta estructura tipo rosquilla debe determinar, en algunos casos, si el agujero negro central se observa oscurecido o expuesto. Esto significa que el modelo unificado original no provee todas las respuestas y debiera ser revisado.

La ventaja principal de la unificación es que permite colocar todo el zoológico de las distintas clases de núcleos activos de galaxias bajo un mismo paraguas. Y actualmente esto se ha vuelto más y más complejo de hacer cada vez que buscamos con más detalle. El trabajo que publicamos recientemente en el Astrophysical Journal junto a Lin Yan (California Institute of Technology, Estados Unidos), Daniel Stern (Jet Propulsion Laboratory, Estados Unidos) y Roberto Assef (Univ. Diego Portales, Chile), busca testear algunas de las predicciones más fundamentales de este modelo.

Prácticamente todas las galaxias del universo albergan un agujero negro en su centro. El nuevo estudio se concentra en aquellos que se “alimentan” activamente del gas y polvo circundantes. Seleccionamos más de 170.000 objetos con núcleos activos con los datos de WISE y medimos el grado de agrupamiento o “clustering”, tanto de agujeros negros oscurecidos como de aquellos expuestos, para después compararlos.

“Nuestros resultados revelan una nueva característica de los agujeros negros activos que no habíamos pensado, aunque los detalles son aún un misterio” dijo Lin Yan, otra de las coautoras. “Esperamos que nuestro trabajo inspire nuevos estudios que nos ayuden a comprender estos objetos fascinantes”.

Si el modelo unificado es verdadero y el responsable del oscurecimiento es la estructura tipo rosquilla que bloquea la luz del agujero negro cuando se alinea de perfil, entonces es de esperar que el clustering de ambas tipos de núcleos activos sea el mismo, pues la orientación de dichas estructuras es en principio aleatoria para todos los objetos. Es como lanzar monedas al aire: aproximadamente la mitad caerán cara y la otra mitad caerán cruz, independientemente de cuán dispersas o agrupadas estén las galaxias.

Sin embargo encontramos algo completamente inesperado en WISE, que demuestra que las galaxias con núcleos activos oscurecidos están mucho más agrupadas que aquellas con núcleos expuestos. Si estos resultados son confirmados, entonces será necesaria una revisión fundamental de cómo funcionan los modelos de unificación que sea capaz de explicar cómo ciertos agujeros negros aparecen oscurecidos.

La materia oscura proporciona otro ángulo para comprender los resultados de WISE. La materia oscura es una sustancia invisible que domina la fuerza gravitatoria del universo, superando ampliamente en porcentaje a la materia normal que constituye estrellas, planetas y personas. Cada galaxia se sitúa en el centro de un halo de materia oscura circundante que, mientras más grande es, más gravedad tiene y más galaxias atrae a su alrededor. Con los datos de WISE, los investigadores encontraron que los agujeros negros oscurecidos tienden a habitar en halos de materia oscura mucho más grandes y masivos que aquellos con núcleos expuestos.

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Esta infografía explica la teoría de unificación de los agujeros negros activos, y cómo los datos de WISE muestran que debe haber algún otro mecanismo para poder explicar las observaciones aparte del modelo. Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Así, aunque es improbable que los halos masivos proporcionen directamente alguna clase de efecto de oscurecimiento sobre los agujeros negros que albergan, la evidencia sugiere que ciertamente deben estar relacionados. “Si pensamos en que el agujero negro es millones de veces más pequeño que el halo de materia oscura”, dice Roberto Assef, “es realmente sorprendente que entre ellos exista una conexión tan profunda como la que hemos encontrado”.

“La teoría de unificación fue propuesta para explicar la complejidad de los objetos observados por los astrónomos”, dijo Daniel Stern, coautor del trabajo. “Cada vez hay más evidencia de que el modelo simple es muy simple. Como dijo A. Einstein, ‘los modelos deben ser tan simples como sea posible, pero no más simples que eso’”.

Nota: La imagen mejorada de cúmulo de Fornax, a 60 millones de años luz de distancia, fue tomada por WISE. Ha sido mejorada artísticamente para ilustrar la idea de que las galaxias más agrupadas están rodeadas por halos de materia oscura más grandes (color púrpura), cuya fuerza gravitacional atrae más galaxias a su alrededor.