A uns 5.500 milions d'anys llum de la Terra existeix una galàxia el centre de la qual alberga un forat negre supermassiu capaç de llançar enormes dolls de plasma a velocitats properes a la de la llum. Un d'ells està orientat gairebé directament cap a la nostra línia de visió, cosa que converteix l'objecte en un blàzar.
Es diu 3C 345 i fa dècades que és observat amb radiotelescopis. Ara, un equip internacional ha utilitzat 27 anys de dades per reconstruir com ha evolucionat el seu doll i seguir amb molt més detall el moviment de les diferents regions de plasma.
El treball, publicat a Nature, combina 116 observacions preses entre 1995 i 2022 mitjançant una nova tècnica de reconstrucció. El resultat permet veure l'evolució del doll de forma pràcticament contínua i ha revelat un comportament que no encaixa del tot amb una de les explicacions més utilitzades fins ara.
Un forat negre el doll del qual està gairebé alineat amb la Terra
3C 345 pertany a una classe especialment extrema de nuclis galàctics actius. Al centre d'aquestes galàxies hi ha forats negres supermassius que estan acumulant gas i pols mitjançant un disc d'acreció i que, al mateix temps, poden expulsar part del material en forma de dolls relativistes de plasma.
Aquests dolls poden estendre's molt més enllà de la galàxia que els produeix i viatjar a velocitats superiors al 98% de la velocitat de la llum. En el cas de 3C 345, un d'ells forma un angle de només uns 3 a 7 graus respecte a la nostra línia de visió, una geometria que augmenta enormement la seva brillantor aparent.
Això és precisament el que defineix un blàzar. No significa que el forat negre estigui llançant plasma contra el nostre planeta d'una forma perillosa, sinó que observem un dels seus dolls gairebé de front des d'una distància de milers de milions d'anys llum.
Els dolls neixen en regions properes al forat negre, on el material del disc d'acreció interactua amb camps magnètics extremament intensos. Els científics saben que aquests camps tenen un paper essencial per accelerar i canalitzar el plasma, si bé encara no es comprèn completament com es formen estructures capaces de mantenir-se durant distàncies tan grans.
Els forats negres supermassius poden arribar a expulsar quantitats extraordinàries d'energia i material cap a l'espai, i aquests dolls poden alterar de forma profunda l'entorn de la galàxia que els alberga. En alguns sistemes, fins i tot s'han observat estructures complexes associades a la interacció entre aquests dolls i el material circumdant.
L'orientació de 3C 345 ofereix una perspectiva especialment favorable per estudiar com es desplaça el material i què passa dins d'un d'aquests dolls relativistes.
Una IA va convertir 27 anys d'observacions en una seqüència contínua
El principal problema per estudiar aquests dolls és que les observacions astronòmiques no funcionen com una càmera de vídeo convencional. Els científics obtenen imatges preses en dates concretes i després han de reconstruir el que va passar entre les unes i les altres.
En aquest cas disposaven de 116 observacions realitzades entre 1995 i 2022 mitjançant interferometria de molt llarga base o VLBI. Aquesta tècnica combina radiotelescopis separats per grans distàncies per aconseguir una resolució equivalent a la d'un instrument molt més gran.
És el mateix principi utilitzat per l'Event Horizon Telescope per obtenir la primera imatge d'un forat negre. No obstant això, cada observació de 3C 345 continuava sent una imatge independent, cosa que obligava a identificar regions brillants concretes i comparar com canviaven de posició amb el pas del temps.
L'equip va utilitzar un algoritme anomenat Kine per superar aquesta limitació. El sistema empra una xarxa neuronal que relaciona la informació espacial i temporal de totes les observacions per reconstruir de forma contínua l'evolució del doll.
La tècnica va permetre millorar notablement la resolució i distingir estructures molt més febles al costat de les zones brillants. El més important és que els investigadors van poder seguir el moviment de nombrosos punts del plasma en lloc de reduir el doll a unes poques regions aïllades.
Aquest tipus de millores observacionals també està canviant el que sabem sobre el creixement d'aquests objectes. El James Webb, per exemple, ha detectat forats negres supermassius l'existència dels quals resulta difícil d'explicar amb els models actuals, especialment quan apareixen en etapes molt primerenques de l'univers.
El plasma no es va comportar com esperaven els astrònoms
La reconstrucció va permetre posar a prova una explicació utilitzada des de fa dècades per interpretar les zones brillants que apareixen dins dels dolls relativistes. Una de les principals hipòtesis sosté que aquestes regions corresponen a ones de xoc que avancen a través del plasma.
Si aquest model funcionés de la forma esperada, les estructures brillants haurien de desplaçar-se clarament més ràpid que el flux general del material. En 3C 345, però, els investigadors van trobar que ambdues velocitats eren molt semblants.
El resultat no invalida la interpretació basada en ones de xoc per a tots els blàzars. L'estudi analitza un únic objecte, per la qual cosa la conclusió és més limitada: en 3C 345, les regions brillants no semblen comportar-se exactament com predeia el model més senzill.
Els investigadors també van detectar velocitats aparents superiors a la de la llum. Es tracta de l'anomenat moviment superlumínic aparent, un efecte de perspectiva que apareix quan el plasma viatja gairebé a la velocitat de la llum i a més ho fa formant un angle molt petit respecte a la nostra línia de visió.
No existeix cap violació de la relativitat. La combinació de la velocitat real del material i la geometria del sistema fa que, vist des de la Terra, el desplaçament projectat al cel pugui semblar més ràpid que la llum.
La reconstrucció també va mostrar una estructura persistent en la polarització de la radiació, compatible amb l'existència d'un camp magnètic organitzat a gran escala. Aquests camps són un dels elements clau per explicar com el plasma aconsegueix accelerar-se i mantenir-se concentrat durant enormes distàncies.
L'equip vol aplicar ara Kine a altres blàzars observats durant dècades. Si apareixen patrons semblants, els astrònoms podran comprovar fins a quin punt els models actuals descriuen correctament la forma en què es propaguen les pertorbacions dins d'aquests dolls.
3C 345 no representa cap perill per al nostre planeta, però la seva orientació converteix la Terra en un punt d'observació excepcional. Després de 27 anys de dades, els científics poden seguir amb un detall inèdit com es mou un dels dolls relativistes més extrems de l'univers i comprovar que el seu comportament encara guarda sorpreses.