¿Cómo funciona la alimentación de los agujeros negros supermasivos? Es uno de los grandes misterios de la astronomía. Especialmente gracias a los descubrimientos del telescopio James Webb, que ha detectado agujeros negros supermasivos en la infancia del universo, en una época en la que la teoría planteaba que no deberían existir…
La alimentación de los agujeros negros supermasivos es un enigma
Los astrónomos están más cerca de resolver el misterio de cómo se alimentan los agujeros negros supermasivos gracias a los datos que está proporcionando el telescopio James Webb. Las observaciones ofrecen la imagen más clara obtenida hasta ahora de los filamentos de gas que conectan el entorno de una galaxia con el disco de gas que alimenta el agujero negro supermasivo en su centro. Un grupo de investigadores ha trabajado con las observaciones y ha interpretado los datos. El trabajo ha permitido encontrar respuestas para una pregunta que, desde hace décadas, es desconcertante.
Los investigadores explican que las observaciones de James Webb están proporcionando miles de datos y mediciones nuevos y que hay mucha información que asimilar. El objetivo es comprender qué permite que un agujero negro supermasivo tenga material que absorber, así como comprender de qué manera interactúa con su galaxia. Casi todas las galaxias grandes del universo tienen en su centro un agujero negro supermasivo, con millones o incluso miles de millones de veces más masa que el Sol. Son objetos extremadamente masivos y es difícil explicar cómo crecieron.
Cuando estos agujeros negros atraen el material que los rodea, expulsan potentes chorros de energía desde su entorno. Esto puede transformar toda la galaxia que los rodea, ralentizar el nacimiento de nuevas estrellas y afectar a su evolución. A este tipo de galaxias, donde un agujero negro supermasivo está absorbiendo grandes cantidades de material, se las conoce como galaxias con núcleos galácticos activos. Sin embargo, si los chorros de un núcleo galáctico activo calientan el gas circundante, en principio deberían interrumpir el suministro de material del agujero negro.
Un mecanismo que podría regularse a sí mismo
Pero si es así, la pregunta es inevitable: ¿cómo puede seguir alimentándose y creciendo? La hipótesis más popular plantea que el gas termina enfriándose, se condensa en estructuras largas y delgadas, llamadas filamentos, y vuelve a caer hacia el centro de la galaxia. Es un proceso que se regula por sí solo. Para poner a prueba esta hipótesis, el equipo apuntó el telescopio James Webb hacia la galaxia NGC 4696, la galaxia central del cúmulo de galaxias de Centauro. Es un denso grupo de galaxias que está a unos 145 millones de años luz de la Tierra.
Es un lugar fantástico para estudiar cómo funcionan los núcleos galácticos activos. Gracias a casi ocho horas de observación con el instrumento NIRSpec del JWST, el equipo elaboró mapas del movimiento del gas en el interior de la región del agujero negro. La resolución era suficiente para distinguir estructuras de unos 30 años luz. Es una escala muy pequeña en comparación con el tamaño de una galaxia que mide varios cientos de miles de años luz. Estos mapas mostraban que una estructura, con forma de S, era el disco de gas en rotación alrededor del agujero negro supermasivo.
El disco tiene casi 800 años luz de diámetro y su material se mueve a velocidades de hasta 600km/s. Lo más importante es que parece estar conectado físicamente con uno de los grandes filamentos de material que caen hacia el interior y se extienden por la galaxia. Las observaciones muestran que el gas se desplaza por el filamento y desemboca en el disco que alimenta al agujero negro supermasivo. El estudio ayuda a conseguir la imagen más completa del ciclo de alimentación de los agujeros negros supermasivos. Sus chorros inyectan energía en el gas que rodea la galaxia.
El recorrido del gas en una galaxia
Ese gas termina enfriándose, se vuelve inestable y colapsa en largos filamentos. Algunos miden unos pocos cientos de años luz de ancho, pero se extienden a lo largo de miles de años luz. Las fuerzas magnéticas ralentizan la rotación del gas mientras cae y lo dirigen hacia el interior. Allí, se acumula en un disco en rotación alrededor del agujero negro, que lo alimenta, al precipitarse su material hacia el interior. Esto hace que vuelva a emitir sus chorros de energía y el ciclo comience de nuevo. Pero, ¿hasta qué punto es plausible esta explicación?
Para comprobar si funciona así, el equipo también recurrió a las simulaciones informáticas del sistema. El gas simulado se comportaba de una forma muy similar a la que se ha visto con el telescopio James Webb. Así que es un apoyo muy sólido, e independiente, para lo que dice el modelo. Los cálculos del grupo de investigadores muestran que los campos magnéticos deberían ayudar a que los agujeros negros supermasivos tengan material que absorber. El telescopio James Webb permite ver que esto es lo que está sucediendo.
De por sí, el trabajo no es suficiente para explicar cómo crecieron los agujeros negros supermasivos en la infancia del universo. Pero sí permite hacerse una idea de las condiciones que llevan a que un agujero negro supermasivo pueda crecer constantemente. Su único límite, parece razonable suponer, estará en la cantidad de material que haya disponible y que pueda terminar cayendo a su interior. El telescopio James Webb está revolucionando el estudio de la infancia del universo y la evolución de las galaxias, y parece que queda mucho por descubrir…
Referencias: Phys
