Descubren los mayores tsunamis del Universo

Aquí en la Tierra, terremotos y erupciones volcánicas submarinas pueden desplazar una cantidad suficiente de agua del océano para crear un tsunami, una sucesión de olas que pueden alcanzar alturas enormes a medida que se acercan a tierra. Y ahora, los astrofísicos han usado simulaciones informáticas para mostrar que en las profundidades del espacio también pueden formarse estructuras similares, aunque en escalas mucho más grandes.

«Lo que gobierna los fenómenos aquí, en la Tierra –explica Daniel Proga, astrofísico de la Universidad de Las Vegas y coautor de la investigación–, son las mismas leyes de la física que también pueden explicar lo que sucede en el espacio exterior, incluso muy lejos del agujero negro». Proga y sus colegas, en efecto, se propusieron averiguar cómo exactamente los agujeros negros supermasivos son capaces de distorsionar sus entornos, incluso a decenas de años luz de distancia.

Cuando un agujero negro con una masa superior a un millón de soles se alimenta, en el centro de una galaxia, del material que orbita a su alrededor en forma de disco, el sistema se denomina 'núcleo galáctico activo'. Esos núcleos galácticos activos también pueden emitir potentes chorros de energía desde sus polos y suelen estar rodeados por una gruesa capa de material que nos impide observar directamente la actividad central. Pero el plasma que circula por encima del disco, lo suficientemente lejos como para no caer en el agujero negro, brilla increíblemente en el rango de los rayos X, tanto que los astrónomos han podido catalogar ya más de un millón de estos objetos.

Los fuertes vientos generados en parte por toda esa radiación parten de la región central de la galaxia en lo que se conoce como 'flujo de salida'. Y los investigadores se esfuerzan por comprender las complejas interacciones entre el gas y esos rayos X, que además pueden explicar la existencia de ciertas regiones más densas, llamadas 'nubes'.

«Estas nubes –afirma Tim Waters, autor principal del estudio– están diez veces más calientes que la superficie del Sol y se mueven a la misma velocidad que el viento solar, por lo que son objetos bastante exóticos que no querrías atravesar en un avión».

Ahora, y por primera vez, el equipo ha logrado demostrar lo complejas que son realmente las nubes que hay dentro de estos flujos de salida. Las simulaciones, en efecto, muestran que justo a la distancia a la que el agujero negro supermasivo pierde su control sobre la materia circundante, la atmósfera relativamente fría del disco giratorio puede formar ondas, similares a las de la superficie del océano. Al interactuar con los vientos calientes, estas ondas pueden elevarse en espiral, en estructuras de vórtice que llegan a alcanzar una altura de 10 años luz por encima del disco. Cuando se forman las nubes en forma de tsunami, ya no están bajo la influencia de la gravedad del agujero negro.

Las simulaciones muestran cómo la luz de rayos X emitida por el plasma más cercano al agujero negro hincha primero las bolsas de gas caliente sobre el disco de acreción, a una cierta distancia del núcleo galáctico activo. Entonces, el plasma caliente se eleva como un globo, expandiéndose y afectando al gas más frío circundante. Las temperaturas pueden oscilar entre los cientos de miles y las decenas de millones de grados.

De este modo, estos ardientes globos de gas inician una perturbación que se propaga hacia fuera. A medida que las partículas de gas van formando una estructura gigantesca similar a un tsunami, que bloquea el viento del disco de acreción, se genera un patrón de estructuras espirales conocido como 'calle de vórtice de Kármán', en la que cada vórtice tiene cerca de un año luz de tamaño. El fenómeno lleva el nombre del físico Theodore von Kármán, uno de los fundadores del Jet Propulsion Laboratory de la NASA, y es común en la Tierra, algo que los ingenieros deben tener muy en cuenta, por ejemplo, a la hora de construir un puente.

Los resultados de este estudio cambian por completo las ideas que había hasta ahora sobre cómo son los entornos de los grandes agujeros negros de los centros galácticos. Armados con estas simulaciones, los investigadores esperan ahora poder trabajar con astrónomos y usar sus telescopios para buscar signos que demuestren esta dinámica.

Por desgracia, ninguno de los satélites actuales puede confirmar los hallazgos sin dejar lugar a dudas. Pero tanto el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA como el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea han detectado ya en varias ocasiones plasma cerca de núcleos galácticos activos con temperaturas y velocidades que son consistentes con las simulaciones del estudio.

Futuros instrumentos, como los de la próxima misión IXPE, que será lanzada en noviembre, o la XRISM, prevista para finales de la década, podrán aportar una evidencia mucho mayor. Mientras, los investigadores tendrán que conformarse con seguir mejorando sus modelos y comparándolos con los datos disponibles.