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Sociedad

Tercer Milenio

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Cómo eligen los astrónomos dónde mirar

El agujero negro que habita en el centro de la galaxia Markarian 1018 ha experimentado un gran cambio en las últimas décadas. A finales de los años setenta, la luz procedente de la vecindad del agujero negro era muy tenue pero, a principios de los ochenta, la galaxia aumentó drásticamente de brillo. Tras mantenerse muy brillante durante casi 30 años, en los últimos cinco Mrk1018 se ha oscurecido drásticamente de nuevo, completando así un ciclo de ida y vuelta a las sombras. Alguien estaba allí para verlo

Galaxia Markarian 1018
Galaxia Markarian 1018, que tiene un agujero negro supermasivo en el centro, en una imagen obtenida con el Very Large Telescope de ESO, en Chile
ESO/CARS SURVEY

¿Por qué algunos agujeros negros no son negros?

Los agujeros negros supermasivos tienen una masa que varía entre unos pocos millones de soles y varios miles de millones de soles, y residen en el centro de casi todas las galaxias de gran tamaño, como la Vía Láctea. Estos agujeros negros crecen activamente por acrecimiento, un proceso físico en el que el material cercano al agujero negro no puede escapar del potente campo gravitatorio. A estos agujeros negros que crecen por acrecimiento los llamamos núcleos activos de galaxias (AGN, active galactic nuclei) y desprenden en forma de luz una parte de la enorme cantidad de energía obtenida en su caída hacia el agujero negro, haciéndolos detectables hasta los confines del universo visible.¿Cómo escoger qué agujero negro supermasivo observar?

El estudio particular de un objeto no suele ser de gran interés para comprender de modo general el tema de estudio. Por eso lo que se suele hacer es estudiar grandes muestras, que permitan establecer, o contrastar, leyes de aplicabilidad general. Sin embargo, a veces ocurre que algunos de estos objetos muestran propiedades o comportamientos no previstos por la teoría. En este caso, el estudio de estos objetos no solo es aconsejable, sino necesario, pues puede permitir un avance muy significativo. Esto es precisamente lo que ha sucedido con el agujero negro supermasivo en la galaxia Markarian 1018.

¿Qué hace que un agujero negro cambie de aspecto?

La teoría más aceptada actualmente sobre núcleos activos de galaxias considera que todos ellos son intrínsecamente iguales. En el marco de esta teoría, conocida como Teoría de Unificación de AGN, los agujeros negros supermasivos que acrecen materia están rodeados de gas y polvo. El polvo se encuentra dispuesto a modo de una gigantesca rosquilla o dónut. Si vemos el núcleo activo de galaxia directamente, a través del agujero del dónut, veremos potentes líneas de emisión: es un AGN ‘no oscurecido’ o AGN de tipo 1. En cambio, si en nuestra línea de visión hacia el agujero negro hay grandes cantidades de polvo, las líneas de emisión serán muy débiles o no se verán, ya que el polvo absorberá casi toda la luz.¿Cómo observar los núcleos activos de galaxias?

Las mejoras tecnológicas de los últimos años han permitido estudiar el Universo en prácticamente todas las longitudes de onda y con una sensibilidad sin precedentes. Sin embargo, el estudio detallado de los agujeros negros exige la obtención de espectros (disecciones de la luz a distintas longitudes de onda), que son muy costosos en tiempo de telescopio, lo que no permitía el estudio de grandes cantidades de objetos. Con la llegada de las unidades de campo integral, se obtienen miles de espectros de modo simultáneo. Esto ha permitido el estudio de grandes muestras de galaxias y agujeros negros.

La red internacional de investigadores Close AGN Reference Survey (CARS) estudia en detalle una muestra de 40 núcleos activos en galaxias cercanas.

¿Quién investiga los núcleos activos de galaxias?
La colaboración CARS (Close AGN Reference Survey) está formada por más de 20 investigadores de diversas instituciones internacionales. El objetivo inmediato de la colaboración es obtener la información más detallada posible, a diversas longitudes de onda, de una muestra de 40 núcleos activos de galaxias (AGN) no oscurecidos y cercanos a nuestra galaxia. El objetivo final es que esta muestra sea ‘la’ muestra de referencia para los estudios de núcleos activos de galaxias a distancias cosmológicas, que podrán estudiarse cuando la nueva generación de telescopios de la próxima década entre en funcionamiento.

Ida y vuelta a las sombras

En los años ochenta, el gas que rodeaba al agujero negro supermasivo en Mrk1018 –una de las galaxias de la muestra que estudia la colaboración internacional de investigadores CARS– empezó a emitir mucha más radiación de la normal, cambiando su clasificación de AGN (núcleo activo de galaxia) de tipo 2 (oscurecido) a tipo 1 (no oscurecido). Mrk1018 se mantuvo como núcleo galáctico activo de tipo 1 durante casi 30 años, pero recientemente hemos descubierto que, desde 2010, ha revertido su estado a un AGN de tipo 2, haciendo que nos cuestionemos el conocimiento que tenemos de estos fenómenos extremos del Universo.

Mrk1018, un núcleo galáctico activo de aspecto ‘cambiante’, es una pieza que no encaja en el puzle de la Teoría de Unificación, donde los núcleos activos de galaxias se distinguen únicamente por la orientación que tiene el agujero negro en la línea de visión. Nuestras observaciones han permitido concluir que la razón de estos cambios es intrínseca al AGN. Mrk1018 experimentó en los años ochenta una fase de acrecimiento muy potente y, tan solo treinta años más tarde, ha vuelto a una fase de acrecimiento muy débil. Este resultado pone a la teoría de unificación contra las cuerdas. El estudio de objetos como Mrk1018 nos ayudará a comprender mejor las razones físicas de estos cambios tan bruscos y refinar los modelos teóricos de agujeros negros supermasivos.

La ciencia duda. Seguimos haciendo preguntas
¿Qué hace que un agujero negro supermasivo cambie de aspecto? ¿Cuál es la causa de que complete un ciclo completo de cambio de aspecto en apenas 30 años? La teoría de unificación de AGN (núcleos activos de galaxias) presupone que todos los agujeros negros son intrínsecamente iguales y que cualquier cambio es debido a la orientación que presenta el agujero negro respecto a nuestra línea de visión. Mrk1018 es el tercer núcleo activo de galaxia de aspecto cambiante que completa un ciclo de ida y vuelta a las sombras, y el primero para el que se ha podido realizar un seguimiento en detalle de este cambio.

La posible explicación de una nube de gas que pasara delante del agujero negro de Mrk1018, eclipsándolo temporalmente, queda excluida por nuestras observaciones.

La caída de una estrella al agujero negro también queda excluida, dejando como única explicación plausible la de una variación intrínseca en la tasa de acrecimiento de materia del núcleo galáctico activo. Es como si hubiera modificado su dieta dos veces, pasando de una dieta baja en calorías a una muy alta, en los años ochenta, volviendo a una dieta baja en calorías a principios de 2010.

Cuándo y por qué volverá a cambiar de dieta, o si no lo hará, son preguntas que nos hacemos pero para las que no tenemos respuesta todavía. Pero tenemos claro que Mrk1018 tiene la llave de la puerta para esas respuestas. Nuestro equipo quiere abrir esa puerta.

Miguel Pérez Torres Profesor colaborador del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Zaragoza e investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía

Esta sección se realiza en colaboración con la Unidad de Cultura Científica de la Universidad de Zaragoza

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