El Green Bank Telescope (GBT) en Estados Unidos ha revelado nueva información sobre misteriosas burbujas de radio que rodean un agujero negro supermasivo en el cúmulo de galaxias MS0735.
«Estamos viendo uno de los estallidos más energéticos jamás vistos desde un agujero negro supermasivo. Esto es lo que sucede cuando alimenta un agujero negro y expulsa violentamente una cantidad gigante de energía», dice Jack Orlowski-Scherer, autor principal de la investigación como estudiante de posgrado en la Universidad de Pensilvania y ahora es investigador en la Universidad McGill en Montreal, Quebec.
Los agujeros negros supermasivos se encuentran en lo profundo de los centros de las enormes galaxias en el corazón de los cúmulos de galaxias. Las atmósferas llenas de plasma de los cúmulos de galaxias son increíblemente calientes (alrededor de 50 millones de grados centígrados), pero estas altas temperaturas generalmente se enfrían con el tiempo, lo que permite que se formen nuevas estrellas. A veces, el agujero negro recalienta el gas que lo rodea a través de violentos estallidos que salen de su centro, evitando el enfriamiento y la formación de estrellas, en un proceso llamado retroalimentación.
Estos poderosos chorros excavan inmensas cavidades dentro del medio caliente del cúmulo, empujando ese gas caliente más lejos del centro del cúmulo y reemplazándolo con burbujas emisoras de radio. Desplazar un volumen tan grande de gas requiere una enorme cantidad de energía (varios por ciento de la energía térmica total en el gas del cúmulo), y comprender de dónde proviene esta energía es de gran interés para los astrofísicos. Al aprender más sobre lo que queda al llenar estas cavidades, los astrónomos pueden comenzar a deducir qué las causó en primer lugar.
El equipo de astrónomos usó el receptor MUSTANG-2 en el GBT para obtener una imagen de MS0735 usando el efecto Sunyaev-Zeldovich (SZ), una distorsión sutil de la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB) debido a la dispersión de electrones calientes en el gas del cúmulo. Por contexto, el CMB se emitió 380 mil años después del Big Bang, y es el resplandor del origen de nuestro universo hace 13.800 millones de años. Alrededor de 90 GHz, donde MUSTANG-2 observa, la señal del efecto SZ mide principalmente la presión térmica.
«Con el poder de MUSTANG-2, podemos ver dentro de estas cavidades y comenzar a determinar con precisión de qué están llenas y por qué no colapsan bajo presión», explica en un comunicado Tony Mroczkowski, astrónomo del Observatorio Europeo Austral (ESO) quien formó parte de esta nueva investigación.
Estos nuevos hallazgos son las imágenes SZ de alta fidelidad más profundas hasta el momento del estado termodinámico de las cavidades en un cúmulo de galaxias, lo que refuerza los descubrimientos previos de que al menos una parte de la presión de soporte en las cavidades se debe a fuentes no térmicas, como partículas relativistas, rayos cósmicos y turbulencia, así como una pequeña contribución de los campos magnéticos. «Sabíamos que este era un sistema emocionante cuando estudiamos el núcleo de radio y los lóbulos a bajas frecuencias, pero solo ahora estamos comenzando a ver la imagen completa», explica la coautora Tracy Clarke, astrónoma del Laboratorio de Investigación Naval de EE.UU.
A diferencia de investigaciones anteriores, las nuevas imágenes producidas por GBT consideran la posibilidad de que el soporte de presión dentro de las burbujas pueda tener más matices de lo que se pensaba anteriormente, mezclando componentes térmicos y no térmicos. Además de las observaciones de radio, el equipo incorporó observaciones de rayos X existentes del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, que brindan una vista complementaria del gas visto por MUSTANG-2.
Las observaciones futuras a través de múltiples frecuencias pueden establecer con mayor precisión la naturaleza de cuán exótica es la erupción del agujero negro. «Este trabajo nos ayudará a comprender mejor la física de los cúmulos de galaxias y el problema de retroalimentación del flujo de enfriamiento que nos ha preocupado a muchos de nosotros durante algún tiempo», agrega Orlowski-Scherer.