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Un agujero negro supermasivo
Con el descubrimiento de las
galaxias activas y los
quásares, se ponía un reto a los astrofísicos.
Les era necesario, para comprender los diferentes tipos de galaxias activas, imaginar una
fuente de energía capaz de abastecer la potencia de un millar de galaxias,
estando localizadas en un espacio apenas más grande que el sistema solar.
Los agujeros negros supermasivos
Dos ideas se avanzaron, pero rápidamente se rechazaron: las
colisiones entre galaxias, que
no habrían producido suficiente energía, y las explosiones en cadena de
supernovas, que habrían
debido producirse en cantidades inimaginables.
Finalmente, fue el Británico Donald Lynden-Bell quien propuso en 1968 la idea a
la base de la explicación moderna. Según él, la fuente de energía de las
galaxias activas debía ser un agujero negro supermasivo, una versión gigantesca
de los agujeros negros resultante de la
muerte de una estrella masiva. En lugar
de tener apenas algunas masas solares, los agujeros negros supermasivos
contienen entre un millón y mil millones de masas solares, y tienen un tamaño que
puede alcanzar muchas veces la distancia entre la Tierra y el Sol.
Arriba: Representación artística de un agujero negro supermasivo absorbiendo
materia de una estrella cercana. Abajo: imágenes de un supuesto agujero negro
supermasivo devorando una estrella en la galaxia RXJ 1242-11. Izquierda en rayos
x; Derecha en luz visible. Crédito:
NASA/CXC/M.Weiss;
X-ray: NASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.; Optical: ESO/MPE/S.Komossa
El origen de los agujeros negros supermasivos
Como no existen estrellas de masa tan grande, los agujeros negros supermasivos
no pueden directamente ser el fruto de un
colapso estelar. De
hecho, su mecanismo de formación no está todavía muy claro. Podría tratarse de
una estrella masiva que se colapsa y da origen a un agujero negro que crece poco
a poco alimentándose de otras estrellas, o bien de una enorme nube de gas que se
derrumba directamente bajo su propia gravedad.
Cualquiera que sea el origen de los agujeros negros supermasivos, su existencia
es, en cualquier caso, totalmente posible.
La relatividad general es clara sobre
este punto: si se logra concentrar mil millones de masas solares en una región
del tamaño del sistema solar, la situación es matemáticamente semejante a la de
un agujero negro
de origen estelar, el espacio y el tiempo se deformarán
extremadamente, e incluso la luz no podrá ya escaparse.
El guión precedente es tanto más realista, cuanto la densidad de materia
requerida es baja. En efecto, el parámetro crítico para la formación de un
agujero negro no es la densidad, es decir, la cantidad de materia en un volumen
dado, sino más bien la compactibilidad, la relación de la masa con el tamaño del
objeto. Así, un agujero negro de origen estelar necesita densidades enormes,
mientras que un agujero negro supermasivo puede formarse en una región poco
densa. Es suficiente, de hecho, una densidad media inferior a la del agua, lo que
no es difícil de realizar reagrupando bastantes estrellas en un espacio
limitado.
El disco de acreción alrededor del agujero negro
Evidentemente, por definición, la luminosidad del núcleo de una
galaxia activa o de un
quásar no proviene del agujero negro supermasivo mismo. La causa es la acción de
este último sobre la materia circundante. En efecto, en el
modelo unificado de
las galaxias activas, el agujero negro está rodeado de un disco de acreción, cuyo
tamaño es del orden de una centena de veces la distancia Tierra-Sol.
Fenómenos viscosos tienen como consecuencia la caída progresiva de la materia
del disco en el agujero negro. En este proceso, el gas transforma su energía
gravitacional en energía térmica, lo que provoca un aumento fuerte de la
temperatura del disco. Por esta razón, este último va a ponerse a producir una
radiación térmica continua muy poderosa, en particular en el ultravioleta y
rayos X. El proceso es similar en el principio y el colapso de una
nube
molecular que se calienta contrayéndose.
Este modo de producir energía es mucho más eficaz que las
reacciones nucleares
que alimentan las estrellas, es la razón por la cual los núcleos activos pueden
brillar como varias galaxias. |
