¿Pudo un agujero negro supermasivo generar la vida en la Tierra?

En 1939, Albert Einstein publicó un artículo en Annals of Mathematics, argumentando que los agujeros negros no existen en la naturaleza. Un cuarto de siglo después, Maarten Schmidt descubrió los cuásares como poderosas fuentes de luz a distancias cosmológicas.

Estas enigmáticas fuentes puntuales fueron explicadas a mediados de la década de 1960 por Yakov Zel’dovich en el este y Ed Salpeter en el oeste como agujeros negros supermasivos que se alimentan con gas de sus galaxias anfitrionas cuando el gas fluye hacia el agujero negro, se arremolina como agua que cae por el desagüe. A medida que el gas se acerca a una fracción de la velocidad de la luz en la órbita circular estable más interna (CIUO) alrededor del agujero negro, se calienta frotándose contra sí mismo a través de una viscosidad turbulenta.

En consecuencia, su disco de acreción brilla intensamente, irradiando alrededor de una décima parte de su masa en reposo y excediendo en órdenes de magnitud la luminosidad total de las estrellas en su galaxia anfitriona. Las altas tasas de alimentación hacen que los cuásares sean visibles hasta el borde del Universo visible. Décadas más tarde, los astrónomos descubrieron que casi todas las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro, que pasa hambre la mayor parte del tiempo, pero estalla esporádicamente durante solo decenas de millones de años durante cada explosión. Los cuásares se asemejan a un bebé que tiende a quitar la comida de la mesa del comedor tan pronto como se alimenta en virtud de que se vuelve demasiado enérgico.

Este año, el Premio Nobel de Física fue otorgado a Andrea Ghez y Reinhard Genzel por proporcionar evidencia concluyente de que un agujero negro, aunque hambriento en la actualidad, acecha también en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Este monstruo, que pesa cuatro millones de soles, está inactivo en este momento, brillando como la débil fuente de radio Sagitario A * (abreviado SgrA *), que es mil millones de veces más débil de lo que hubiera sido si hubiera sido alimentado tan generosamente como un cuásar.

Aunque SgrA * es tenue en este momento, tenemos pistas de que debe haber experimentado episodios de alimentación vigorosa en el pasado. Esto no es una sorpresa, dado que una nube de gas que se acerca al centro galáctico o una estrella que pasa dentro de diez veces la escala del horizonte de SgrA * (que se traduce aproximadamente a la separación Tierra-Sol), se espaguetizaría por la fuerte marea gravitacional allí y se convierte en una corriente de gas que desencadena una llamarada similar a un cuásar.

La “prueba irrefutable” de los episodios recientes de alimentación de SgrA * por cantidades masivas de gas es que las estrellas jóvenes alrededor de SgrA * orbitan en planos preferidos. Esto implica que estas estrellas se formaron a partir de discos de gas planos, al igual que los planetas en el plano del sistema solar o las estrellas en el disco de la Vía Láctea.

Desde la edad de las estrellas cerca de SgrA * es menos de un por ciento de la edad de la Vía Láctea, los principales episodios de acreción de la interrupción de las nubes de gas deben haber ocurrido al menos un centenar de veces alrededor SgrA *, basado en el principio de Copérnico de que el tiempo presente no es especial.

De hecho, un par de gotas gigantes de gas caliente, llamadas burbujas de Fermi, se observa que emanan del centro galáctico a lo largo del eje de rotación de la Vía Láctea, lo que implica un reciente episodio de acreción alrededor de SgrA * que podría haberlos impulsado. Los cálculos teóricos implican que, además de la interrupción de las nubes de gas masivas, las estrellas individuales también se dispersan en las proximidades del agujero negro y se interrumpen por mareas una vez cada diez mil años. La intensa alimentación de las corrientes de escombros resultantes podría conducir a las llamaradas más brillantes de SgrA *. Estos eventos de disrupción de mareas de estrellas se observan de hecho en otras galaxias al ritmo esperado.

¿Tendrían las erupciones resultantes de SgrA * alguna implicación para la vida en la Tierra? En principio, podrían, ya que transportan rayos X y radiación ultravioleta (XUV) dañinos. En colaboración con mi ex postdoctorado, John Forbes, demostramos en 2018 que la radiación XUV emitida durante tales llamaradas tiene la capacidad de evaporar las atmósferas de Marte o la Tierra si el sistema solar solo hubiera estado diez veces más cerca del centro de la Vía Láctea. . Pero incluso a distancias mayores, la radiación XUV podría suprimir el crecimiento de vida compleja, creando un efecto similar a pisar un césped con tanta frecuencia que inhibe su crecimiento.

En la ubicación actual del Sol, la vida terrestre está a salvo de las llamaradas XUV de SgrA *. Sin embargo, estudios recientes indican que el lugar de nacimiento del Sol puede haber estado significativamente más cerca del centro galáctico y que el Sol migró a su ubicación actual a través de patadas gravitacionales.

La exposición a pasadas llamaradas XUV de SgrA * a distancias más cercanas podría haber dañado la vida compleja durante la evolución temprana de la Tierra. Esto podría explicar por qué el nivel de oxígeno en la atmósfera de la Tierra se elevó a su nivel alto actual solo después de dos mil millones de años, quizás solo después de que la Tierra estuviera lo suficientemente lejos de SgrA *. En colaboración con Manasvi Lingam, actualmente estoy explorando esta posible conexión entre la vida terrestre y la migración del Sol desde el centro galáctico.

Tradicionalmente, se pensaba que el Sol era la única fuente astronómica de luz que afectaba la vida en la Tierra. Pero también es posible que el agujero negro, SgrA * haya jugado un papel importante en la configuración de la historia de la vida terrestre. Una comprensión sorprendente de este tipo es similar a darse cuenta de que un extraño podría haber afectado su historia familiar antes de que usted naciera. Si se puede establecer un vínculo entre SgrA * y la vida terrestre, entonces este agujero negro supermasivo podría desencadenar un segundo Premio Nobel.