Científicos andaluces observan con un detalle sin precedentes los chorros de plasma que emergen de un agujero negro supermasivo

Un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha conseguido observar por primera vez con una resolución extraordinaria la estructura de un chorro relativista procedente del núcleo de una galaxia activa, revelando una forma de "cinta" de plasma curvada y retorcida que se extiende a pocos años luz del agujero negro central.

El hallazgo, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, es un avance significativo en la comprensión de los entornos más extremos del universo y arroja nueva luz sobre el comportamiento de los agujeros negros supermasivos y los potentes chorros de material que expulsan al espacio.

Una galaxia que fascina a los científicos desde hace 150 años

La galaxia OJ 287, a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Cáncer, ha cautivado durante décadas a la comunidad astronómica internacional.

Desde hace más de 150 años, los científicos han seguido de cerca sus violentas erupciones y su comportamiento enigmático, que incluye variaciones periódicas en su brillo que se repiten en ciclos misteriosos de aproximadamente 60 años.

Esta galaxia está considerada uno de los mejores candidatos para albergar un sistema binario de agujeros negros supermasivos, dos colosos cósmicos que orbitan entre sí en lo que los científicos describen como un complejo "baile cósmico".

Si esta hipótesis se confirma, OJ 287 se convertiría en un laboratorio único para estudiar la evolución y futura fusión de agujeros negros supermasivos, un proceso que generará potentes ondas gravitacionales detectables desde la Tierra.

Tecnología espacial de vanguardia que revela estructuras invisibles

Las observaciones que han permitido este descubrimiento fueron realizadas mediante el interferómetro radioastronómico espacio-Tierra RadioAstron, una misión internacional que combina un radiotelescopio espacial de 10 metros con una red de 27 radiotelescopios terrestres distribuidos por todo el planeta.

"Gracias a una alineación orbital afortunada del radiotelescopio espacial, conseguimos una resolución angular extraordinaria que nos permitió resolver la estructura del chorro con un detalle exquisito, hasta regiones separadas por tan solo unos pocos meses luz del agujero negro", explica la doctora Thalia Traianou, investigadora del IAA-CSIC y autora principal del estudio.

El estudio es buen ejemplo de la colaboración científica internacional, con la participación de instituciones de España, Alemania, Corea del Sur, Italia, Estados Unidos y Rusia.

Una cinta cósmica de plasma a temperaturas extremas

Las imágenes obtenidas revelan una estructura continua de plasma que se curva y retuerce mientras se propaga desde el centro galáctico, formando lo que los científicos describen como una "cinta" cósmica.

El doctor José Luis Gómez, coautor del estudio e investigador principal en el IAA-CSIC, destaca que "esta estructura no solo es visualmente impactante, sino que revela cómo interactúan los campos magnéticos y los flujos de plasma a alta velocidad en uno de los entornos más extremos del universo". "Nunca habíamos visto algo así en OJ 287", afirma la doctora Traianou.

Las mediciones realizadas han detectado regiones dentro del chorro que superan los 10 billones de kelvin, lo que indica niveles extremos de energía y movimiento en las proximidades del agujero negro. Para poner esta cifra en perspectiva, la temperatura en el núcleo del Sol es de aproximadamente 15 millones de kelvin.

Un momento histórico: la formación de ondas de choque

Uno de los aspectos más destacados del estudio fue la capacidad del equipo para observar en tiempo real la formación de una nueva onda de choque en el chorro, una perturbación que se desplaza a través del plasma a gran velocidad.

Los investigadores fueron testigos de cómo esta nueva onda colisionó posteriormente con otra onda de choque ya existente y estacionaria.

Este impacto coincidió con la detección histórica, a principios de 2017, de rayos gamma con energías de billones de electronvoltios procedentes de OJ 287, los más energéticos jamás detectados en esta fuente.

Campos magnéticos alineados: claves sobre la formación de chorros

Las mediciones de polarización realizadas durante el estudio proporcionaron información adicional valiosa sobre la estructura interna del chorro.

Los datos revelaron que el campo magnético está estrechamente alineado con la dirección del flujo del plasma, ofreciendo nuevas pistas sobre cómo se lanzan y modelan estos chorros desde las inmediaciones de los agujeros negros supermasivos.

El enigmático bamboleo de OJ 287

Una de las características más intrigantes de OJ 287 es el notable bamboleo que presenta su chorro a escalas de varios pársecs (unidades equivalentes a 3,26 años luz cada una).

Este movimiento oscilatorio muestra fluctuaciones en su ángulo de posición que se repiten en ciclos de entre 24 y 30 años.

Aunque este comportamiento ha sido objeto de estudio durante décadas, el mecanismo exacto que lo provoca sigue siendo un misterio.

Entre las posibles explicaciones se incluyen la precesión inducida por la presencia de un sistema binario de agujeros negros, inestabilidades en el material que cae hacia el agujero negro, resonancias en el campo magnético o efectos relativistas como la precesión de Lense-Thirring, causada por la rotación del propio agujero negro.

"Este bamboleo intrínseco hizo que las observaciones fueran especialmente afortunadas, ya que permitieron capturar un segmento del chorro hasta ahora invisible que muestra una curva pronunciada", concluye Thalia Traianou.

Implicaciones para la física fundamental

Los resultados obtenidos van más allá del mero conocimiento de una galaxia particular.

Las observaciones de OJ 287 proporcionan información crucial para entender los procesos físicos más extremos del universo y contribuyen a poner a prueba las teorías fundamentales de la física, incluyendo la relatividad general de Einstein.

Si se confirma la existencia del sistema binario de agujeros negros supermasivos en OJ 287, este objeto se convertiría en un laboratorio natural único para estudiar las ondas gravitacionales y los efectos de la gravedad extrema predichos por la teoría de Einstein.

Futuras investigaciones

El éxito de estas observaciones abre nuevas posibilidades para el estudio de otros objetos similares en el universo, porque las técnicas desarrolladas y perfeccionadas en este estudio podrán aplicarse a otras galaxias activas.

Además, las futuras misiones espaciales y los nuevos instrumentos terrestres en desarrollo permitirán realizar observaciones aún más detalladas, potencialmente revelando estructuras y procesos que actualmente permanecen ocultos a nuestros instrumentos.