19 Ene Webb analiza en detalle el agujero negro supermasivo en Circinus
Observaciones del telescopio James Webb muestran que la emisión infrarroja en la galaxia Circinus procede del material que alimenta a un agujero negro supermasivo que habita en su interior y no de los flujos de salida.
La galaxia Circinus, situada a unos 13 millones de años luz, contiene un agujero negro supermasivo activo que continúa influyendo en su evolución.
Se pensaba que la mayor fuente de radiación infrarroja procedente de la región más cercana al propio agujero negro eran los flujos de salida, o corrientes de materia sobrecalentada expulsadas hacia el exterior.
Sin embargo, nuevas observaciones del telescopio espacial James Webb aportan pruebas que invierten esta interpretación, sugiriendo que la mayor parte del material caliente y polvoriento está en realidad alimentando al agujero negro supermasivo central.
La cuestión de los flujos de salida
Los sistemas dominados por un agujero negro supermasivo, como el de Circinus, permanecen activos al consumir materia del entorno. El gas y el polvo que caen hacia el interior se acumulan formando un anillo con forma de rosquilla, conocido como toro, alrededor del agujero negro.
A medida que este material se desplaza desde las paredes internas del toro, se forma un disco de acreción, similar a un remolino de agua alrededor de un desagüe. Este disco se calienta progresivamente por fricción hasta alcanzar temperaturas suficientes como para emitir luz, especialmente en el infrarrojo.
La intensidad de esta emisión dificulta la observación detallada del núcleo galáctico con telescopios terrestres, un problema agravado por la intensa luz estelar que oculta el centro de Circinus.
Además, el toro es extremadamente denso, por lo que la región interna del material en caída, calentada por el agujero negro supermasivo, queda oculta desde nuestro punto de vista.
Durante décadas, los astrónomos han tenido que enfrentarse a estas limitaciones, desarrollando modelos teóricos basados en datos incompletos del entorno del agujero negro supermasivo.
«Para estudiar el agujero negro supermasivo, pese a no poder verlo directamente, era necesario obtener la intensidad total de la región interna de la galaxia en un amplio rango de longitudes de onda e introducir esos datos en modelos», explica el autor principal del estudio, Enrique López-Rodríguez, de la Universidad de Carolina del Sur.
Un exceso de emisión en el infrarrojo
Los primeros modelos ajustaban los espectros de regiones concretas, como el toro, el disco de acreción más cercano al agujero negro supermasivo o los flujos de salida, cada uno observable en distintas longitudes de onda.
Sin embargo, al no poder observarse la región en su conjunto, estos modelos dejaban incógnitas importantes.
Desde los años noventa, algunos telescopios detectaban un exceso de emisión infrarroja procedente de polvo caliente en los núcleos de galaxias activas, pero sin la resolución necesaria para identificar su origen exacto en torno al agujero negro.
«Desde los años 90 no ha sido posible explicar estos excesos de emisión infrarroja, lo que implica que los modelos solo consideran el toro o los flujos de salida, pero no pueden explicar completamente la emisión observada», señala López-Rodríguez.
La técnica innovadora del telescopio Webb
Para observar el centro de Circinus con el detalle necesario, Webb utilizó el interferómetro de enmascaramiento de apertura (AMI) del instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph).
Esta técnica permite transformar el telescopio en un sistema interferométrico capaz de distinguir estructuras extremadamente compactas en el entorno del agujero negro supermasivo.
El interferómetro emplea una máscara con siete pequeños orificios hexagonales que generan patrones de interferencia a partir de la luz entrante. Analizando estos patrones, los astrónomos pueden reconstruir imágenes con una resolución muy superior a la habitual.
«Estos orificios actúan como pequeños colectores de luz que la dirigen hacia el detector y generan el patrón de interferencia», explica Joel Sánchez-Bermúdez, coautor del estudio.
Con estos nuevos datos, el equipo logró reconstruir una imagen de alta resolución de la región central que rodea al agujero negro supermasivo de Circinus. Se trata de la primera observación extragaláctica realizada con un interferómetro infrarrojo desde el espacio.
«Utilizando este modo avanzado de imagen, podemos duplicar la resolución del Webb en una región pequeña del cielo», explica Sánchez-Bermúdez. «Es como observar el entorno del agujero negro con un telescopio espacial de 13 metros de diámetro».
Los resultados muestran que alrededor del 87 % de la emisión infrarroja del polvo caliente procede de las regiones más cercanas al agujero negro, es decir, del material que lo alimenta.
Menos del 1 % se origina en flujos de salida polvorientos, mientras que el 12% restante proviene de zonas más alejadas que antes no podían distinguirse.
Un universo de agujeros negros
Aunque el enigma del exceso de emisión infrarroja en Circinus ha quedado resuelto, el Universo alberga miles de millones de galaxias con agujeros negros.
Los investigadores señalan que la luminosidad del disco de acreción podría determinar si la emisión está dominada por el toro o por los flujos de salida.
«El brillo intrínseco del disco de acreción de este agujero negro supermasivo es relativamente moderado», indica López-Rodríguez. «Por eso tiene sentido que la emisión esté dominada por el toro. En objetos más luminosos, el escenario podría ser diferente».
Gracias a este trabajo, los astrónomos disponen ahora de una técnica observacional validada para estudiar el entorno de cualquier agujero negro lo suficientemente brillante.
La observación de una muestra estadística más amplia permitirá determinar si el comportamiento observado en Circinus es excepcional, o, por el contrario, representativo de un patrón general en la población de agujeros negros.
Fuente: NASA’s Webb Delivers Unprecedented Look Into Heart of Circinus Galaxy
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