Un agujero negro no absorbe simplemente todo lo que lo rodea. La mayoría de las veces, incluso un agujero negro supermasivo —un objeto millones o miles de millones de veces más masivo que el Sol— puede permanecer tranquilo en el centro de una galaxia. Sólo crece cuando el gas pierde suficiente energía como para entrar en espiral.
A medida que ese gas se acumula formando un disco que gira rápidamente, la fricción lo calienta hasta que emite un brillo intenso. Parte del material cae en el agujero negro. Otra parte es expulsada de vuelta al espacio mediante potentes chorros, que pueden calentar la galaxia circundante y ralentizar la formación de nuevas estrellas.
Esto crea una aparente contradicción. Al calentar y repeler el gas cercano, un agujero negro activo debería interrumpir su propio suministro de alimento. Sin embargo, muchos agujeros negros supermasivos continúan alimentándose durante largos períodos. Los astrónomos sospechaban desde hace tiempo que parte del gas expulsado o calentado se enfría, forma filamentos estrechos y vuelve a caer hacia el centro. No obstante, les había resultado difícil comprender cómo esas corrientes distantes se conectaban con el entorno inmediato del agujero negro, hasta ahora.
Nuevos mapas del Telescopio Espacial James Webb (JWST) muestran la conexión más clara hasta la fecha entre uno de esos filamentos y el disco que rodea el agujero negro en NGC 4696, la galaxia gigante en el centro del Cúmulo de Centauro, a unos 145 millones de años luz de distancia. Este hallazgo completa un paso crucial que faltaba en un ciclo de retroalimentación que, según los astrónomos, ayuda a los agujeros negros a regular tanto su propio crecimiento como la evolución de galaxias enteras. El estudio, publicado en The Astrophysical Journal Letters, describe una trayectoria continua desde filamentos a escala galáctica hasta gas en un radio aproximado de 100 pársecs del agujero negro.
“Lo que revela el JWST es que los agujeros negros podrían ser los recicladores cósmicos por excelencia”, afirmó Julie Hlavacek-Larrondo, astrofísica de la Universidad de Montreal y autora principal del estudio. “Liberan enormes cantidades de energía que calientan su entorno, pero ese mismo gas puede enfriarse posteriormente formando finos filamentos que vuelven a caer hacia el interior y alimentan de nuevo el agujero negro. Por fin estamos viendo este ciclo autosostenible en acción”.
De un remolino misterioso a una línea de suministro galáctica
Las imágenes del telescopio Hubble ya habían revelado un remolino en forma de S cerca del centro de NGC 4696. Pero las imágenes del Hubble no pudieron revelar si el gas brillante estaba girando, cayendo hacia adentro o siendo expulsado hacia afuera.
El espectrógrafo de infrarrojo cercano del telescopio Webb observó la región durante 7,7 horas y dividió la luz en miles de diminutas mediciones espaciales. Los mapas resultantes muestrearon estructuras de aproximadamente 10 pársecs, o 33 años luz, de diámetro, con una resolución lo suficientemente fina como para rastrear el gas dentro de la región donde predomina la gravedad del agujero negro.
El remolino resultó ser un disco giratorio multifásico con un radio de aproximadamente 120 pársecs, lo que equivale a casi 800 años luz de diámetro. La velocidad del gas varía en unos 600 kilómetros por segundo de un lado a otro del disco. Un filamento de al menos 350 pársecs de longitud se aproxima desde el oeste y se encuentra con el disco a velocidades similares. El gas también se vuelve más turbulento cerca de la unión, como cabría esperar si nuevo material se estuviera incorporando al disco.
El pequeño chorro de radio apunta aproximadamente de norte a sur, mientras que el filamento se extiende hacia el oeste. Esto hace menos probable un flujo de salida impulsado por un chorro. Simulaciones por computadora diseñadas específicamente para NGC 4696 produjeron un filamento similar que alimenta un disco central giratorio, lo que refuerza la hipótesis de un flujo de entrada.
“El telescopio espacial James Webb nos está mostrando ahora el último eslabón de este circuito cerrado”, declaró Helen Russell, astrofísica de la Universidad de Nottingham y coautora del estudio. “La vasta red filamentosa de flujos de gas canaliza finalmente el gas hacia un disco que alimenta el agujero negro”.
Un ciclo de reciclaje moldeado por campos magnéticos
El ciclo propuesto comienza muy lejos del agujero negro. Chorros de materia inflan burbujas en la atmósfera caliente circundante. El gas alrededor de estas burbujas se enfría y condensa, mientras que los campos magnéticos lo estiran formando filamentos. La tensión magnética puede entonces reducir el movimiento lateral del gas en caída, permitiéndole precipitarse hacia el centro galáctico. No cae directamente en el agujero negro. Primero, se une al disco circunnuclear, que actúa como reservorio y puerta de entrada a escalas menores.
Los astrónomos llevan años intentando reconstruir esta imagen. Un estudio realizado en 2019 por ALMA en 12 galaxias centrales de cúmulos estelares reveló enormes reservorios de gas frío, generalmente distribuidos en filamentos que se extienden a lo largo de miles de años luz, pero no pudo determinar cómo la mayoría de ellos se conectaban al agujero negro. En 2024, las observaciones de ALMA de NGC 1275 en el cúmulo de Perseo mostraron filamentos moleculares que convergían en un disco nuclear de aproximadamente 100 años luz de ancho.
El nuevo resultado del telescopio Webb revela una conexión más nítida en una segunda galaxia de un cúmulo importante. También detecta gas ionizado caliente e hidrógeno molecular más frío en el disco, lo que sugiere que la vía de alimentación contiene material a varias temperaturas y que podría ser común en lugar de excepcional.
Las observaciones no abarcan todo el recorrido del gas a través del horizonte de sucesos (el punto de no retorno más allá del cual ninguna materia, ni siquiera la luz, puede escapar de las garras de un agujero negro, cayendo en su interior), y las simulaciones aún simplifican la forma en que el agujero negro calienta su entorno. Tampoco una galaxia cercana por sí sola explica cómo los primeros agujeros negros supermasivos crecieron tan rápidamente.
Pero el estudio muestra cómo un agujero negro puede seguir recibiendo combustible sin simplemente anular su propia retroalimentación: los chorros interrumpen la alimentación, pero también ayudan a crear las condiciones para la siguiente comida.
Fuente: ZME Science.
