Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Curtin y realizado en conjunto con múltiples radiotelescopios de todo el mundo muestra que la energía transportada por los chorros de los agujeros negros es extremadamente sorprendente. Su potencia puede llegar a ser equivalente a 10.000 soles. La antigua teoría de cómo los agujeros negros remodelan la estructura a gran escala del universo ha obtenido un importante apoyo observacional.
El artículo fue publicado en "Nature Astronomy". El equipo de investigación se centró en el famoso sistema estelar binario de rayos X "Cygnus X-1", que contiene el primer agujero negro confirmado y una estrella supergigante masiva. Los resultados de las observaciones muestran que el chorro producido por este sistema puede rivalizar con la energía de unos 10.000 soles en términos de producción de energía instantánea.
Para lograr esta medición, los científicos conectaron radiotelescopios distribuidos por todo el mundo para construir un conjunto de observación con "apertura a escala de la Tierra" para capturar los cambios sutiles en el chorro durante el período orbital con una resolución angular extremadamente alta. La investigación señala que cuando un agujero negro orbita alrededor de una estrella compañera, el poderoso viento estelar de la supergigante impacta continuamente el chorro, provocando que la dirección del chorro se desvíe y su trayectoria oscile, de forma similar a cómo los fuertes vientos perturban la columna de agua de una fuente.
Al analizar simultáneamente la fuerza del viento estelar y la desviación del chorro, el equipo pudo inferir la potencia del chorro en una escala de "tiempo real" por primera vez, en lugar de sólo hacer estimaciones promedio a largo plazo que abarcan miles de años como en el pasado. Los resultados muestran que aproximadamente el 10% de la energía liberada durante la caída de materia cerca del agujero negro es expulsada por el chorro a alta velocidad y inyectada en el entorno circundante. Esta proporción es muy consistente con las suposiciones comúnmente utilizadas en simulaciones numéricas a gran escala del universo durante mucho tiempo, pero anteriormente carecía de verificación observacional directa.
El estudio también proporciona un parámetro clave de la velocidad del chorro: el material del chorro es expulsado a aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz, unos 150.000 kilómetros (unas 93.000 millas) por segundo, un valor que ha sido difícil de determinar con precisión durante décadas. El Dr. Steve Prabu, primer autor del artículo y que ahora trabaja en la Universidad de Oxford, llama vívidamente a estos chorros que son constantemente "empujados" por el viento estelar "chorros danzantes" para describir la escena dinámica de sus direcciones en constante cambio durante el movimiento orbital de las estrellas binarias.
Uno de los coautores, el profesor James Miller-Jones del Instituto de Radioastronomía de la Universidad de Curtin y de la sucursal de Curtin del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía, señaló que los métodos técnicos anteriores proporcionaban principalmente la potencia promedio del chorro sobre una línea de base muy larga, que era difícil de corresponder con la radiación de rayos X producida inmediatamente cuando la materia caía en el agujero negro. En este estudio, debido a que pueden rastrear continuamente el grado en que el viento estelar desvía el chorro durante el período orbital, los científicos pudieron comparar directamente la energía del chorro con la energía de rayos X en la misma escala de tiempo.
El profesor Miller-Jones enfatizó que la teoría generalmente cree que los procesos físicos cerca del agujero negro son muy similares en naturaleza independientemente de la masa del agujero negro, desde agujeros negros estelares hasta agujeros negros supermasivos. Por lo tanto, esta medición precisa de la potencia del chorro de "Cygnus X-1" proporciona un "ancla" importante para comprender los chorros de agujeros negros de diferentes escalas y puede usarse para calibrar varios modelos de chorros de agujeros negros con masas que oscilan entre 10 y 10 millones de veces la del Sol.
A medida que una nueva generación de grandes instalaciones científicas, como el radiotelescopio Square Kilometer Array que se está construyendo en Australia Occidental y Sudáfrica, entre en funcionamiento, los astrónomos esperan detectar señales de chorros de agujeros negros procedentes de millones de galaxias distantes. El equipo de investigación afirmó que con esta medición de referencia de "Cygnus X-1", en el futuro, al contar e interpretar la producción total de energía de estas enormes muestras, podrán evaluar con mayor precisión el efecto de retroalimentación de los agujeros negros sobre el gas de la galaxia anfitriona, la formación de estrellas e incluso la estructura del universo a gran escala.
La investigación señala que los chorros de agujeros negros son uno de los mecanismos físicos clave que cambian el entorno circundante y dan forma a la evolución de las galaxias. Pueden inyectar energía y materia en el espacio intergaláctico, inhibir o desencadenar la formación de una nueva generación de estrellas y, por tanto, desempeñar un papel "regulador" en la historia del universo. Esta medición de potencia utilizando "chorros danzantes" añade un sólido punto de referencia observacional a esta imagen macroscópica y se espera que promueva una mayor comprensión por parte de la humanidad del papel central de los agujeros negros y sus chorros en la evolución del universo.