Los agujeros negros supermasivos (SMBH), que residen en el centro de muchas galaxias, desempeñan un papel importante en la evolución de estas estructuras cósmicas. Esto incluye cómo alimenta los núcleos galácticos activos (AGN), en los que la región central emite suficiente radiación y luz para eclipsar temporalmente a todas las estrellas del disco. «Ven» entre los chorros relativistas que emanan de sus polos y las corrientes de chorros que suprimen la formación de estrellas en el núcleo circunscrito. A pesar de este amplio conocimiento, los científicos esperan el día en que puedan mirar directamente al corazón del centro de la galaxia y ver qué está sucediendo allí.
Ahora, gracias a nuevas observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de NASA/ESA/CSA, ha proporcionado vistas más profundas y claras de la galaxia Circinus, a unos 13 millones de años luz de distancia, que contiene el SMBH. Estas observaciones llevaron a un descubrimiento sorprendente que desafió algunas teorías previamente sostenidas. Anteriormente, se pensaba que la mayor fuente de luz infrarroja de la región del núcleo era la salida de material sobrecalentado, pero nuevas observaciones muestran que más material está alimentando el agujero negro.
Estudiar los AGN es un desafío porque sus discos son tan brillantes que es difícil resolver características en el interior de la galaxia madre. Además, el material de estos discos es tan denso que el interior del material entrante queda oscurecido. En el caso de Circinus, las cosas se complican aún más por la interferencia de la luz de su estrella más brillante. Durante décadas, los científicos trabajaron para crear modelos mejorados asignando diferentes espectros a regiones específicas, desde el disco de acreción interno hasta el flujo de salida. Sin embargo, debido a que la región interior no pudo resolverse completamente, algunas longitudes de onda (algunos extremos de la luz infrarroja) no pudieron asignarse correctamente.
El concepto de este artista representa el motor central de la Galaxia de la Circuncisión, visualizando un agujero negro supermasivo lleno de un toro espeso y polvoriento que brilla en luz infrarroja. Crédito: NASA/ESA/CSA/Ralf Crawford (STScI)
Enrique López-Rodríguez, autor principal de la Universidad de Carolina del Sur, explicó en un comunicado de prensa de la NASA:
Para estudiar el enorme agujero negro, incluso si no se podía resolver, necesitaban obtener la intensidad total de la región interior de la galaxia en un amplio rango de longitudes de onda y luego introducir esos datos en los modelos. Desde los años 90, el exceso de emisión infrarroja procedente del polvo caliente en los núcleos de las galaxias activas no se puede explicar, por lo que los modelos sólo tienen en cuenta los toros o los flujos de salida, pero no pueden explicar el exceso.
Modelos anteriores han descubierto que gran parte de la emisión infrarroja del núcleo de Circinus puede atribuirse a los flujos de salida. Para probar esta teoría, los astrónomos necesitaban instrumentos que pudieran filtrar la luz estelar oscurecida y separar la emisión infrarroja del toro de los flujos de salida. Afortunadamente, Webb pudo superar ambos desafíos gracias a su generador de imágenes de infrarrojo cercano y su interferómetro de enmascaramiento de apertura en el instrumento Slitless Spectrograph (NIRISS). Utilizando una apertura especial con siete orificios hexagonales, el instrumento combina luz de múltiples fuentes, creando patrones de interferencia que pueden analizarse para reconstruir el tamaño, la forma y las características de objetos distantes con extraordinario detalle.
Estos datos permitieron al equipo de investigación construir una imagen de la región central de Circinus, que compararon con observaciones anteriores para confirmar que no había artefactos. Estas observaciones son las primeras observaciones galácticas realizadas por un interferómetro infrarrojo espacial y la imagen más nítida jamás tomada de los alrededores de un agujero negro. El coautor Joel Sánchez-Bermúdez de la Universidad Nacional de México dijo:
Estos agujeros en la máscara se transforman en pequeños colectores de luz que guían la luz hacia el detector de la cámara y crean un patrón de interferencia. Al utilizar el modo de imagen avanzado de la cámara, podemos duplicar efectivamente su resolución en un área pequeña del cielo. Esto permite que las imágenes se vean dos veces más nítidas. En lugar del diámetro de 6,5 metros de la red, es como si estuviéramos observando la región con un telescopio espacial de 13 metros.
Las observaciones del equipo revelaron que, contrariamente a las predicciones de modelos anteriores, el exceso de infrarrojos es causado por flujos de salida. Demostraron que el 87% de la emisión infrarroja del polvo caliente proviene de regiones cercanas al SMBH de la galaxia y que menos del 1% proviene de flujos de polvo caliente. El 12% restante es causado por polvo caliente alejado del agujero negro, que antes no se podía distinguir del resto. Esta misma técnica también se puede utilizar para analizar los componentes de salida y acreción de otros agujeros negros cercanos. López Rodríguez dijo:
El brillo interno del disco de acreción de Circinus es muy moderado. Por tanto, tiene sentido que la emisión esté dominada por el toroide. Pero quizás, en el caso de los agujeros negros brillantes, la emisión esté dominada por el flujo de salida. Se necesita un muestreo estadístico de los agujeros negros, quizás una docena o dos docenas, para comprender cómo se relacionan la masa en sus discos de acreción y sus flujos de salida con su energía.
«Esta es la primera vez que se utiliza el modo de alto contraste de la red para observar una fuente extragaláctica», dijo el coautor Julien Girard, científico investigador principal del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI). «Esperamos que nuestro trabajo inspire a otros astrónomos a utilizar el modo interferómetro de enmascaramiento de apertura para estudiar estructuras de polvo débiles, pero relativamente pequeñas, cerca de cualquier objeto brillante». El estudio de agujeros negros adicionales ayudará a los astrónomos a construir un catálogo de datos de emisiones para determinar si Circinus es único o representativo de un patrón más amplio.
La investigación del equipo se describe en un artículo publicado el 13 de enero en *Nature Communications*.
Lectura adicional: NASA, Nature Communications
