El agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea está girando tan rápidamente que está deformando el espacio-tiempo que lo rodea hasta darle una forma que puede parecerse a una pelota de fútbol, según un nuevo estudio que utiliza datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Observatorio Nacional de Estados Unidos. Very Large Array (VLA) Karl G. Jansky de la Science Foundation. Esa forma de balón de fútbol sugiere que el agujero negro está girando a una velocidad sustancial, que los investigadores estimaron en aproximadamente el 60% de su límite potencial.
El trabajo, dirigido por la profesora de física de Penn State Berks, Ruth Daly, fue publicado en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
Los astrónomos llaman a este agujero negro gigante Sagitario A* (Sgr A*). Se encuentra a unos 26.000 años luz de la Tierra, en el centro de la galaxia. Para determinar qué tan rápido gira Sgr A* (una de sus propiedades fundamentales, junto con la masa), los investigadores aplicaron un método que utiliza datos de rayos X y radio para evaluar cómo el material fluye hacia y desde el agujero negro. El método fue desarrollado y publicado por Daly en 2019 en La revista astrofísica.
«Nuestro trabajo puede ayudar a resolver la cuestión de qué tan rápido gira el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia», dijo Daly. «Nuestros resultados indican que Sgr A* está girando muy rápidamente, lo cual es interesante y tiene implicaciones de largo alcance».
El equipo descubrió que la velocidad angular (el número de revoluciones por segundo) del giro de Sgr A* es aproximadamente el 60% del valor máximo posible, un límite establecido porque el material no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Se han realizado estimaciones anteriores de la velocidad de Sgr A* con diferentes técnicas y por otros astrónomos, con resultados que van desde ninguna rotación hasta girar casi al máximo.
«Sin embargo, este trabajo muestra que esto podría cambiar si aumenta la cantidad de material en las proximidades de Sgr A*», dijo Daly.
A medida que un agujero negro gira, atrae el «espacio-tiempo» (la combinación de tiempo y las tres dimensiones del espacio) y la materia cercana. La atracción gravitacional también aplasta el espacio-tiempo, alterando su forma dependiendo de cómo se observe. El espacio-tiempo parece circular si el agujero negro se ve desde arriba. Sin embargo, desde un lado, el espacio-tiempo tiene la forma de una pelota de fútbol. Cuanto más rápido sea el giro, más plano será el balón.
El giro también puede servir como fuente de energía, dijo Daly, si existe materia, como gas o restos de una estrella que se acerca demasiado, en las proximidades del agujero negro. A medida que el agujero negro gira, la materia puede escapar en forma de chorros estrechos llamados flujos de salida colimados. Sin embargo, Sgr A* actualmente tiene materia cercana limitada, por lo que el agujero negro ha estado relativamente tranquilo, con flujos de salida débilmente colimados, en los últimos milenios.
«Un agujero negro que gira es como un cohete en su plataforma de lanzamiento», dijo Biny Sebastian, coautor de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá. «Una vez que el material se acerca lo suficiente, es como si alguien hubiera alimentado el cohete y hubiera presionado el botón de 'lanzamiento'».
Esto significa que en el futuro, si cambian las propiedades de la materia y la intensidad del campo magnético cercano al agujero negro, parte de la enorme energía del giro del agujero negro podría generar flujos de salida más potentes. Este material fuente podría provenir de gas o de los restos de una estrella destrozada por la gravedad del agujero negro si esa estrella se acerca demasiado a Sgr A*.
«Los chorros impulsados y colimados por el agujero negro central giratorio de una galaxia pueden afectar profundamente el suministro de gas para toda una galaxia, lo que afecta la rapidez e incluso la capacidad de formación de estrellas», dijo la coautora Megan Donahue de la Universidad Estatal de Michigan. «Las 'burbujas de Fermi' vistas en rayos X y rayos gamma alrededor del agujero negro de nuestra Vía Láctea muestran que el agujero negro probablemente estuvo activo en el pasado. Medir el giro de nuestro agujero negro es una prueba importante de este escenario».
Las burbujas de Fermi se refieren a estructuras que emiten rayos gamma por encima y por debajo del agujero negro y que los investigadores han teorizado como resultado de flujos masivos anteriores.
Los investigadores utilizaron el método de flujo de salida para determinar el giro de Sgr A*. El enfoque de Daly incorpora la consideración de la relación entre el giro del agujero negro y su masa, las propiedades de la materia cerca del agujero negro y las propiedades del flujo de salida. El flujo colimado produce ondas de radio, mientras que el disco de gas que rodea el agujero negro emite rayos X. Los investigadores combinaron datos de observación de Chandra y el VLA con una estimación independiente de la masa del agujero negro de otros telescopios para informar el método de flujo de salida y determinar el giro del agujero negro.
«Tenemos una visión especial de Sgr A* porque es el agujero negro supermasivo más cercano a nosotros», dijo el coautor Anan Lu de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. «Aunque ahora está tranquilo, nuestro trabajo muestra que en el futuro dará un impulso increíblemente poderoso a la materia circundante. Eso podría suceder en mil o un millón de años, o podría suceder durante nuestras vidas».
Además de los mencionados anteriormente, los coautores incluyen a Christopher O'Dea, de la Universidad de Manitoba, y Daryl Haggard, de la Universidad McGill.
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
