La galaxia bajo estudio, llamada SDSS J1354 + 1327 (J1354 para abreviar), está a unos 800 millones de años luz de la Tierra. El equipo utilizó observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el Observatorio de Rayos X Chandra, así como el W.M. Observatorio Keck en Mauna Kea, Hawaii, y el Observatorio Apache Point (APO) cerca de Sunspot, Nuevo México.
Chandra detectó una fuente de emisión de rayos X brillante y puntual de J1354, un signo revelador de la presencia de un agujero negro supermasivo millones o miles de millones de veces más masivo que nuestro Sol.
Los rayos X son producidos por gas calentado a millones de grados por las enormes fuerzas gravitacionales y magnéticas cerca del agujero negro. Parte de este gas caerá en el agujero negro, mientras que una porción será expulsada en una salida potente de partículas de alta energía.
Al comparar las imágenes de rayos X de Chandra y las imágenes de luz visible (óptica) del Hubble, el equipo determinó que el agujero negro se encuentra en el centro de la galaxia, el lugar esperado para dicho objeto. Los datos de rayos X también proporcionan evidencia de que el agujero negro supermasivo está incrustado en un pesado velo de polvo y gas.
Los resultados indican que, en el pasado, el agujero negro supermasivo en J1354 parece haber consumido o acretado grandes cantidades de gas, mientras eyectaba un flujo de partículas de alta energía. El flujo de salida finalmente se apagó y luego se volvió a encender unos 100.000 años más tarde. Esta es una fuerte evidencia de que la acreción de los agujeros negros puede apagar y encender su producción de energía en escalas de tiempo que son cortas en comparación con la edad del universo de 13.800 millones de años.
"Estamos viendo una sucesión de banquete, eructo y siesta, y luego disfrutamos y eructamos una vez más, lo que la teoría había predicho", dijo Julie Comerford de la Universidad de Colorado (CU) en el Departamento de Astrofísica y Ciencia Espacial de Boulder, quien dirigió el estudiar. "Afortunadamente, sucedió que observamos esta galaxia en un momento en que podíamos ver claramente la evidencia de ambos eventos".
Entonces, ¿por qué el agujero negro tiene dos digestiones separadas? La respuesta se encuentra en una galaxia compañera que está vinculada a J1354 por las corrientes de estrellas y el gas producido por una colisión entre las dos galaxias. El equipo concluyó que materia de la galaxia compañera se arremolinó hacia el centro de J1354 y luego fueron devorados por el agujero negro supermasivo.
El equipo usó datos ópticos de Hubble, Keck y APO para mostrar que los electrones habían sido extraídos de los átomos en un cono de gas que se extiende unos 30.000 años luz al sur del centro de la galaxia. Es probable que esta extracción haya sido causada por una ráfaga de radiación proveniente de las proximidades del agujero negro, lo que indica que se había producido un 'evento banquete'. Hacia el norte encontraron evidencia de una onda de choque, similar a un estampido sónico, ubicado a unos 3.000 años luz del agujero negro. Esto sugiere que se produjo un eructo después de que un grupo diferente de gas había sido consumido aproximadamente 100.000 años más tarde.
"Esta galaxia realmente nos cogió por sorpresa", dijo la estudiante de doctorado de CU Boulder Rebecca Nevin, coautora del estudio que utilizó datos de APO para observar las velocidades e intensidades de la luz del gas y las estrellas en J1354. "Pudimos demostrar que el gas de la parte norte de la galaxia era consistente con el avance de una onda de choque, y que el gas del sur era consistente con un flujo de salida más viejo del agujero negro".
El agujero negro supermasivo de nuestra Vía Láctea ha tenido al menos un eructo. En 2010, otro equipo de investigación descubrió un eructo de la Vía Láctea utilizando observaciones del Observatorio de Rayos Gamma de Fermi en órbita para observar el borde de la galaxia. Los astrónomos vieron salidas de gas llamadas "burbujas de Fermi" que brillan en la porción de rayos gamma, rayos X y ondas de radio del espectro electromagnético.
"Estos son los tipos de burbujas que vemos después de un evento de alimentación de agujero negro", dijo el compañero de posdoctorado de CU Scott Barrows. "El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia ahora está durmiendo la siesta después de una gran comida, al igual que el agujero negro de J1354 en el pasado. Así que también esperamos que nuestro enorme agujero negro se de un festín de nuevo, como lo hizo J1354".
