El Telescopio Espacial James Webb acaba de mirar al corazón de la galaxia Circinus y ha resuelto un misterio que llevaba décadas dando vueltas entre los astrónomos. La intensa luz infrarroja que veíamos cerca de su agujero negro supermasivo no procede sobre todo de material que escapa en chorros. En realidad, la mayor parte de ese polvo caliente parece estar cayendo hacia dentro, alimentando al propio agujero negro, como confirma un nuevo estudio publicado en Nature Communications.
Circinus es una galaxia espiral situada a unos 13 millones de años luz de la Tierra, relativamente cerca en términos cósmicos. En su centro vive un agujero negro supermasivo rodeado por un anillo grueso de gas y polvo, lo que se conoce como toro. Durante años los modelos sugerían que la luz infrarroja extra que se detectaba en esa región venía sobre todo de flujos de salida, corrientes de materia sobrecalentada que el agujero negro expulsaría hacia el espacio.
El nuevo trabajo, liderado por Enrique López Rodríguez, ha usado una capacidad muy particular de Webb para afinar la imagen hasta casi duplicar su resolución. El resultado es la visión más nítida hasta ahora del entorno inmediato de un agujero negro en otra galaxia. Y la imagen cuenta una historia distinta. Aproximadamente el 87 por ciento de la emisión infrarroja de polvo caliente procede de las zonas más cercanas al agujero negro, en un disco grueso que actúa como embudo de material. Menos del 1 por ciento viene de polvo arrastrado en un flujo de salida. El 12 por ciento restante se reparte en estructuras más lejanas, donde el polvo está calentado por la radiación del núcleo activo y por el chorro de radio.
Un anillo de polvo que funciona como embudo
Las imágenes interferométricas de Webb, tomadas en el infrarrojo cercano entre 3,8 y 4,8 micras, resuelven una estructura alargada de unos 2 por 5 pársecs en el centro de Circinus. Es decir, una especie de “anillo espeso” de polvo caliente que canaliza gas hacia el agujero negro. Los modelos indican que la masa de polvo se concentra sobre todo en un disco de aproximadamente 5 por 3 pársecs alineado con el plano ecuatorial del sistema.
Ese polvo alcanza temperaturas del orden de 500 grados Kelvin, lo bastante alto como para brillar con fuerza en el infrarrojo. En la práctica, lo que se ve es la cara interior del toro iluminada directamente por la energía del disco de acreción. Las zonas más externas aparecen más oscuras porque el propio anillo bloquea parte de la luz, algo que también se aprecia en las imágenes combinadas de Hubble y Webb publicadas por NASA y ESA.
¿Y los flujos de salida? Webb detecta un pequeño “arco norte” de polvo caliente que coincide con estructuras de gas molecular e ionizado ya vistas antes con ALMA y otros radiotelescopios. Ese arco marca el lugar donde parte del material sí está siendo arrastrado hacia fuera en un flujo multifásico. Pero su contribución a la luz infrarroja total es mínima, por debajo del 1 por ciento.
Cómo ha exprimido Webb su propia resolución
La clave técnica está en el modo de Interferometría de Enmascaramiento de Apertura del instrumento NIRISS. En lugar de usar todo el espejo de 6,5 metros como un único “ojo”, se coloca una máscara con siete pequeños agujeros hexagonales que convierten a Webb en una especie de miniconjunto de telescopios trabajando al unísono. A partir de los patrones de interferencia de la luz, el equipo reconstruye una imagen con el doble de nitidez que en modo de imagen normal en una zona pequeña del cielo.
Según explica el propio equipo, es la primera vez que se usa este modo de alto contraste para observar una fuente extragaláctica, y también la primera observación interferométrica infrarroja en el espacio de otra galaxia. La técnica no solo resuelve el rompecabezas de Circinus. Abre la puerta a aplicar el mismo enfoque a una muestra de agujeros negros cercanos para comparar cuánta materia están tragando y cuánta expulsan en distintos entornos.
Un “clima” extremo alrededor de los agujeros negros
Ver con tanto detalle el embudo de polvo que alimenta a Circinus ayuda a completar el puzle del ciclo de vida de los núcleos activos. Por un lado está la acreción, ese goteo continuo de gas y polvo que cae hacia el agujero negro. Por otro, la retroalimentación, en forma de chorros y vientos que pueden calentar o barrer el gas de la galaxia. De cómo se equilibre ese tira y afloja depende en buena medida que una galaxia forme más estrellas o se quede sin combustible.
Otros estudios recientes muestran el mismo tipo de “meteorología extrema” en acción. Observaciones de radio de la gigantesca radiogalaxia J1007+3540 revelan un agujero negro que se apaga y se enciende por episodios, lanzando chorros que se doblan y se comprimen al chocar con el gas caliente de un cúmulo de galaxias. Es, en palabras de sus autores, como ver un “volcán cósmico” que despierta tras cien millones de años y excava estructuras de casi un millón de años luz de extensión.
En Circinus el escenario es menos explosivo pero igual de importante. Saber que la luz infrarroja extra procede sobre todo del polvo que cae hacia el agujero negro y no de lo que sale despedido obliga a ajustar los modelos de cómo crecen estos monstruos y de cómo influyen en sus galaxias anfitrionas. En el fondo, estamos afinando la balanza entre lo que los agujeros negros devoran y lo que devuelven al cosmos en forma de energía. Y eso, para entender la evolución de las galaxias, no es poca cosa.
El estudio científico completo ha sido publicado en la revista Nature Communications.
Foto: European Space Agency
