Observaciones con el radiotelescopio ALMA revelan que los agujeros negros supermasivos se alimentan de forma selectiva en galaxias en proceso de fusión.
Una nueva investigación internacional revela una de las miradas más detalladas hasta ahora sobre cómo los agujeros negros supermasivos se alimentan en galaxias en proceso de fusión. A partir de observaciones de alta resolución realizadas con el radiotelescopio ALMA, el estudio revela que, incluso cuando existe abundante gas disponible dentro de la zona de influencia de los agujeros negros, estos objetos extremos no comienzan a consumir el gas de forma inmediata ni continua, sino que lo hacen selectivamente.
La investigación cuenta con la participación del investigador principal del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) y académico de la Universidad de Tarapacá (UTA), Ezequiel Treister, y de la astrónoma chilena del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de Estados Unidos, Loreto Barcos-Muñoz, y es liderada por el astrónomo y estudiante de doctorado de la Universidad de Virginia, Makoto Johnstone.
El equipo analizó siete galaxias cercanas que están en proceso de colisión. En algunas de ellas se observan dos agujeros negros en sus centros, ambos en crecimiento y emitiendo rayos X, mientras que en otras sólo se detecta uno. Gracias a observaciones de alta resolución, los astrónomos examinaron en detalle lo que ocurre en el entorno inmediato de estos agujeros negros y siguieron el movimiento del gas que los rodea. Esto permitió identificar el material con dinámicas más caóticas, que constituye su principal fuente de alimento.
Uno de los resultados más relevantes del estudio es que la presencia de grandes cantidades de gas no garantiza que un agujero negro esté alimentándose activamente. A pesar de encontrarse rodeados de abundante material, muchos de estos agujeros negros sólo “consumen” una pequeña fracción del gas disponible. En palabras simples, los resultados demuestran que los agujeros negros son altamente selectivos: se alimentan solo cuando las condiciones lo permiten, no necesariamente cuando hay más gas alrededor.
“Las galaxias contienen un agujero negro en su centro, el cual no necesariamente nació supermasivo, sino que fue creciendo durante el tiempo, y la forma en que crece es alimentándose de gas y polvo que está a su alrededor, lo que llamamos acreción”, explica Ezequiel Treister, Investigador Principal del CATA.
“Aunque las fusiones de galaxias concentran grandes cantidades de gas en sus regiones centrales, sólo una fracción muy pequeña de ese material logra finalmente alimentar al agujero negro”, complementa Loreto Barcos-Muñoz, astrónoma chilena del NRAO.
Este comportamiento se observa en ambientes altamente polvorientos y turbulentos. En muchas longitudes de onda, el polvo impide observar directamente lo que ocurre en el núcleo de la galaxia, ocultando la actividad del agujero negro. Sin embargo, gracias a las capacidades de ALMA, que observa en longitudes de onda más largas y cuenta con una resolución angular excepcional, se puede observar a través del polvo y estudiar el gas frío en regiones muy cercanas al agujero negro. Esta capacidad única hizo posible demostrar que el crecimiento de un agujero negro supermasivo no depende sólo de la cantidad de gas disponible, sino de procesos mucho más complejos, como la pérdida de momento angular del gas, episodios breves de acreción y fuertes niveles de oscurecimiento.
Aunque las fusiones galácticas concentran el gas hacia el centro, el estudio muestra que la presencia de gas muy cerca del agujero negro no garantiza una alimentación eficiente en ese momento. El gas puede estar desplazado, en rotación o desconectado dinámicamente del agujero negro, lo que sugiere que la acreción es un proceso altamente variable y episódico. “Un estudio de este tipo sólo es posible realizarlo gracias a las capacidades que entrega ALMA”, detalla Ezequiel Treister.
Relevancia chilena en el estudio
El estudio también pone en valor el papel de Chile en la astronomía mundial. Además del equipo mencionado, esta investigación está conformada por otros investigadores del CATA, entre ellos, Franz Bauer, de la Universidad de Tarapacá (UTA); Ignacio del Moral-Castro, de la Pontificia Universidad Católica de Chile (UC) y Claudio Ricci, quien fue integrante de la institución durante el período de investigación, consolidando al Centro en una investigación internacional de alto impacto y como un actor relevante en el estudio de agujeros negros supermasivos.
Por otro lado, el radiotelescopio ALMA, instalado en el norte del país, es una infraestructura clave para este tipo de estudios, y la activa participación de investigadores formados o vinculados a instituciones chilenas demuestra cómo el país no sólo alberga los telescopios más avanzados del mundo, sino que también lidera la ciencia que se hace al utilizarlos.
“Estos son sistemas muy polvorientos y altamente turbulentos, en los que no podemos observar directamente el crecimiento del agujero negro en otras longitudes de onda. Sin embargo, con ALMA observamos longitudes de onda más largas y tenemos una resolución angular increíblemente alta, lo que nos permite observar directamente, a través del polvo, a una escala espacial muy pequeña. Esto es algo que sólo este radiotelescopio puede lograr actualmente”, detalla Makoto Johnstone, autor principal de la investigación.
El estudio, además, refleja destacadas trayectorias científicas realizadas en nuestro país, ya que en el proceso de investigación, Makoto Johnstone realizó parte de su formación en la UC junto con Ezequiel Treister, mientras que Loreto Barcos-Muñoz, astrónoma chilena, desarrolla hoy su trabajo en el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), en Estados Unidos.
“Este trabajo es el resultado de años de formación y colaboración entre investigadores que hoy estamos distribuidos en distintos países, pero compartimos una historia académica común”, comparte Ezequiel Treister.
Lo que viene
Según explican los investigadores, el siguiente desafío es ampliar la muestra de galaxias estudiadas y combinar las observaciones de ALMA con datos de otros observatorios, como el James Webb Space Telescope (JWST).
El objetivo es seguir estudiar más profundamente la emisión de energía en los AGN y comprender mejor en qué condiciones el gas logra, finalmente, cruzar el último umbral y alimentar al agujero negro supermasivo. En ese sentido, adelantan que “el próximo paso es observar más sistemas y seguir aumentando la nitidez de nuestros datos, para entender cuándo y cómo el gas logra llegar efectivamente al agujero negro”.