Revelan la sorprendente estructura del chorro de un posible sistema binario de agujeros negros supermasivos

Ubicada a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra, OJ 287 ha fascinado durante décadas a la comunidad científica como uno de los mejores candidatos a albergar un sistema binario de agujeros negros supermasivos, que orbitan en un complejo “baile cósmico”. Desde hace más de 150 años, los astrónomos han seguido de cerca sus violentas erupciones y su comportamiento enigmático. Ahora un equipo internacional liderado por el IAA-CSIC ha logrado observar por primera vez su núcleo con una resolución espacial sin precedentes, revelando una “cinta” continua de plasma que se curva y retuerce mientras se propaga desde el centro galáctico.

“Nunca habíamos visto algo así en OJ 287”, afirma la doctora Thalia Traianou, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía y autora principal del estudio. “Gracias a una alineación orbital afortunada del radiotelescopio espacial, conseguimos una resolución angular extraordinaria que nos permitió resolver la estructura del chorro con un detalle exquisito, hasta regiones separadas por tan solo unos pocos meses luz del agujero negro”.

Este trabajo arroja luz sobre los entornos extremos que rodean a los agujeros negros supermasivos y los potentes chorros que lanzan al espacio. Los resultados han sido publicados en la revista Astronomy & Astrophysics y son fruto de la colaboración entre instituciones de España, Alemania, Corea del Sur, Italia, Estados Unidos y Rusia.

Representación artística del chorro de la galaxia activa OJ 287. Crédito: Juan Carlos Algaba, Universiti Malaya

UNA RESOLUCIÓN EXTREMA PARA EXPLORAR LOS LÍMITES DEL UNIVERSO

Las observaciones del interferómetro radioastronómico espacio-Tierra RadioAstron combinaron el radiotelescopio espacial de 10 metros con otros 27 radiotelescopios distribuidos por todo el planeta, alcanzando una resolución angular equivalente a leer un periódico en Nueva York desde París. Esta resolución sin precedentes no solo reveló la intrincada forma de cinta del chorro, sino también regiones dentro del mismo que superan los 10 billones de kelvin, lo que indica niveles extremos de energía y movimiento en las proximidades del agujero negro.

Las mediciones de polarización revelaron que el campo magnético está estrechamente alineado con la dirección del flujo del chorro, lo que ofrece nuevas pistas sobre cómo se lanzan y modelan estos chorros.

“Esta estructura no solo es visualmente impactante, sino que revela cómo interactúan los campos magnéticos y los flujos de plasma a alta velocidad en uno de los entornos más extremos del universo”, señala el Dr. José Luis Gómez, coautor del estudio e investigador principal en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

El equipo también fue testigo de los primeros momentos de la formación de una nueva onda de choque en el chorro —una perturbación que se desplaza a través del plasma a gran velocidad—, que más tarde colisionó con otra onda de choque ya existente y estacionaria. Este impacto coincidió con la detección histórica, a principios de 2017, de rayos gamma con energías de billones de electronvoltios procedentes de OJ 287.

“Captamos el nacimiento de un nuevo componente del chorro y lo vimos viajar a lo largo de esta hermosa cinta hasta impactar contra una onda de choque estacionaria y producir los rayos gamma más energéticos jamás detectados en esta fuente”, explica la doctora Traianou (IAA-CSIC).

UNA VENTANA A LOS SISTEMAS BINARIOS DE AGUJEROS NEGROS Y LAS ONDAS GRAVITACIONALES

OJ 287 ha desconcertado a la comunidad astronómica desde la década de 1980, debido a variaciones inusuales y periódicas en su brillo que se repiten en un misterioso ciclo de aproximadamente 60 años.

Las nuevas imágenes de la estructura del chorro aportan información valiosa sobre este enigma, que intriga a los astrónomos desde hace más de 150 años, y permiten poner a prueba la hipótesis de que OJ 287 alberga un sistema binario de agujeros negros supermasivos. De confirmarse, este sistema se convertiría en un objetivo privilegiado para estudiar la evolución y la futura fusión de agujeros negros supermasivos, un proceso que generará potentes ondas gravitacionales. Estas observaciones también ofrecen datos clave sobre cómo el movimiento de estos agujeros negros puede torcer y reorientar sus chorros, cambios que podrían detectarse desde la Tierra.

Representación del sistema OJ 287. Crédito: Andres Rojas

EL BAMBOLEO DE UN CHORRO: UN MISTERIO CÓSMICO

Se sabe que el chorro de OJ 287 presenta un notable bamboleo a escalas de varios pársecs —unidades de medida astronómica equivalentes a unos 3,26 años luz—, con fluctuaciones en su ángulo de posición que se repiten en ciclos de entre 24 y 30 años. Aunque este comportamiento ha sido estudiado en profundidad, el mecanismo exacto que lo provoca sigue sin estar claro. Entre las posibles explicaciones se incluyen la precesión inducida por la presencia de un sistema binario de agujeros negros, inestabilidades en el material que cae hacia el agujero negro, resonancias en el campo magnético o efectos relativistas, como la precesión de Lense-Thirring, causada por la rotación del propio agujero negro.

“Este bamboleo intrínseco hizo que las observaciones fueran especialmente afortunadas, ya que permitieron capturar un segmento del chorro hasta ahora invisible que muestra una curva pronunciada”, concluye Thalia Traianou (IAA-CSIC).