A principio de año, Japón lanzó el revolucionario y costoso satélite Hitomi con el objetivo de estudiar agujeros negros y otros misterios del universo. En extrañas circunstancias, pronto se perdió control sobre la nave. Ahora, finalmente podemos ver lo que Hitomi hizo antes de su destrucción.
El satélite japonés Hitomi, un observatorio de rayos X, fue lanzado por la agencia espacial de su país, JAXA, el pasado febrero. La nave funcionó durante poco más de un mes antes de que se perdiera el contacto. Una serie de eventos desafortunados causados tanto por errores humanos como de software hizo que el satélite comenzara a girar sin control y, a pesar de los intentos por recuperarlo, Hitomi continuó arrojando sus restos al espacio hasta desintegrarse. Eventualmente, JAXA declaró que su proyecto de $273 millones estaba perdido.
Cuando Hitomi se destruyó, los investigadores anunciaron que habían logrado recuperar una pequeña fracción de datos del satélite y que pronto los compartirían con el público. Y precisamente hoy algunos de esos datos fueron publicados en Nature.
Mirando a Perseo antes de morir
Durante su corta vida, Hitomi tuvo tiempo suficiente para echar un vistazo al cúmulo de Perseo, un enorme grupo de galaxias ligadas gravitacionalmente, situado a unos 240 millones de años luz de la Tierra, y logró obtener nuevos datos sobre cómo los agujeros negros gigantes que acechan en el interior de las galaxias dan forma a las mismas actuando como una especie de «termostato».
El cúmulo de Perseo incluye no sólo la materia ordinaria que forma las galaxias, sino también una «atmósfera» de plasma caliente con una temperatura de decenas de millones de grados, así como un halo de materia oscura invisible.
Estudios anteriores, que se remontan a la década de los 60, han demostrado que cada una de las galaxias en el cúmulo —y de hecho la mayoría de las galaxias— probablemente contienen un agujero negro supermasivo en su centro, un objeto de 100 millones a más de 10.000 millones de veces más masivo que nuestro Sol.
«Estos agujeros negros gigantes se encuentran entre los generadores de energía más eficientes del Universo, cien veces más eficientes que un reactor nuclear», dice Brian McNamara, investigador del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Waterloo en Canadá. «La materia que cae en el agujero negro se desgarra, liberando enormes cantidades de energía en forma de partículas a alta velocidad y energía térmica».
Este calor se libera justo desde el horizonte de sucesos del agujero negro, el límite de no retorno. La materia que queda es absorbida por el agujero negro, añadiéndose a su masa. La energía liberada calienta el gas circundante, creando burbujas de plasma caliente que viajan a través de la agrupación, al igual que las burbujas de aire se elevan en una copa de champán.
Un regulador térmico
La investigación arroja luz sobre el papel crucial que juega este plasma caliente en la evolución galáctica. Cuando los investigadores estudian la formación de la estructura del universo, se preguntan: ¿por qué no se enfría la mayor parte del gas y se forman las estrellas y galaxias? La respuesta parece ser que las burbujas creadas por explosiones de energía de los agujeros negros mantienen las temperaturas demasiado altas para que este tipo de estructuras cobren forma.
«Cada vez que un poco de gas cae en el agujero negro, se libera una enorme cantidad de energía —dice McNamara—, se crean estas burbujas, y las burbujas mantienen el plasma caliente. Eso es lo que evita que se conviertan en galaxias aún más grandes de lo que son ahora».
Una imagen de rayos X revela que el plasma caliente que envuelve el
cúmulo de Perseo. Crédito: Universidad de Waterloo
Debido a que el plasma es invisible a los ojos, y para los telescopios ópticos, no fue hasta la llegada de la astronomía de rayos X que la imagen completa empezó a surgir. A la luz visible, el cúmulo de Perseo parece contener muchas galaxias individuales, separadas por un espacio aparentemente vacío. En una imagen de rayos X, sin embargo, las galaxias individuales son invisibles, y la atmósfera de plasma, centrada en la galaxia más grande de la agrupación, conocida como NGC 1275, domina la escena.
A pesar de que el agujero negro en el centro de NGC 1275 tiene sólo una milésima parte de la masa de su galaxia anfitriona, y tiene un volumen mucho menor, parece tener una gran influencia en la forma en la que evolucionan la galaxia y la atmósfera de plasma caliente que la rodea. «Es como si un termostato de la naturaleza, que mantiene a estas galaxias de crecimiento. Si la galaxia intenta crecer demasiado rápido, la materia cae en el agujero negro, libera una enorme cantidad de energía, lo cual expulsa la materia y le impide la formación de nuevas estrellas».
Una uva en la Tierra
McNamara señala que el horizonte de sucesos real del agujero negro tiene aproximadamente el mismo tamaño que nuestro Sistema Solar, por lo que es tan pequeño en comparación con su galaxia madre como una uva en la Tierra. Pero «qué está pasando en esta pequeña región está afectando a un gran volumen de espacio», dice.
Los datos de Hitomi, aunque limitados, son suficientes para que los astrónomos vuelvan a pensar en el papel del plasma en la evolución galáctica, según McNamara. «El plasma se puede pensar formando una enorme atmósfera que envuelve racimos enteros de galaxias Estas atmósferas calientes representan el fracaso del pasado. El fracaso del Universo para crear las galaxias más grandes», argumenta. «Pero también es la esperanza para el futuro. Esta es la materia prima para el crecimiento futuro de las galaxias, que es todo: estrellas, planetas, gente. Es la materia prima que en los próximos miles de millones de años va a hacer la próxima generación de soles y sistemas solares, y la rapidez con que esto sucede se rige por el agujero negro».
Las observaciones proporcionan a los investigadores, por primera vez, una medición directa de la velocidad turbulenta del plasma caliente. «Esta medida nos dice cómo la enorme energía liberada por los agujeros negros supermasivos regula el crecimiento de la galaxia y el propio agujero negro», dice McNamara.
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