Resumen:
Durante décadas, la comunidad astronómica ha estado desconcertada por un profundo misterio en el centro de las galaxias masivas: dado que los poderosos chorros emitidos por los agujeros negros supermasivos calientan el gas circundante que se supone sirve como "nutrientes", ¿cómo continúan obteniendo suministros y manteniendo la "alimentación"? Ahora, las últimas imágenes de observación obtenidas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) proporcionan la evidencia directa más clara de este proceso hasta el momento, marcando un paso histórico para que los astrónomos resuelvan este misterio.
Esta investigación colaborativa internacional publicada en The Astrophysical Journal Letters fue dirigida por la Universidad de Montreal en Canadá y participó por la Universidad Estatal de Michigan en los Estados Unidos y otras instituciones. El equipo de investigación fijó su mirada en NGC 4696, la galaxia elíptica en el centro del Cúmulo de Galaxias Centauro, a unos 145 millones de años luz de la Tierra. Este denso cúmulo de galaxias es un excelente laboratorio natural para que la comunidad astronómica estudie el funcionamiento de los núcleos galácticos activos (AGN).
En el centro de casi todas las grandes galaxias se esconde un agujero negro supermasivo con una masa millones o incluso miles de millones de veces la del sol. Cuando devoran violentamente la materia circundante, forman núcleos galácticos activos y, al mismo tiempo, liberan hacia el exterior chorros de alta energía sorprendentemente potentes. Estos chorros no sólo remodelan la galaxia anfitriona e inhiben el nacimiento de nuevas estrellas, sino que también dominan la evolución de toda la galaxia. Sin embargo, esta intensa actividad también desencadena la llamada "paradoja de la alimentación": el chorro calienta continuamente el gas alrededor del agujero negro y, en teoría, eventualmente cortará por completo el suministro de materias primas necesarias para que el agujero negro sobreviva y crezca.
La hipótesis académica predominante es que parte del gas calentado se enfriará y condensará con el tiempo en estructuras filamentosas delgadas y volverá a caer al centro de la galaxia, formando así un ciclo material "autorregulador" que permite al agujero negro reponer su combustible mientras destruye el medio ambiente. Para verificar esta hipótesis, el equipo de investigación utilizó el espectrómetro de infrarrojo cercano del Telescopio Webb (NIRSpec) para realizar observaciones en profundidad durante casi 8 horas y rastreó con éxito el movimiento del gas en las profundidades de la esfera gravitacional del agujero negro.
En el contexto de galaxias que abarcan cientos de miles de años luz, el Telescopio Webb ha demostrado un poder de resolución asombroso, analizando con precisión estructuras microscópicas en una escala de sólo unos 30 años luz. Los espectros de observación y las imágenes muestran que el vórtice en "forma de S" observado anteriormente en el centro es en realidad un disco de gas con un diámetro de casi 800 años luz y que gira a gran velocidad alrededor del agujero negro. El material del disco se mueve a una velocidad de hasta 600 kilómetros por segundo.
Aún más innovador es que el disco giratorio está directamente conectado a los enormes filamentos de gas que se extienden en la galaxia. Los datos muestran claramente que el gas fluye hacia adentro a lo largo de estos filamentos, que tienen cientos de años luz de ancho y miles de años luz de largo, directamente hacia el disco de acreción giratorio que alimenta el agujero negro. El campo magnético juega un papel clave en este proceso, ralentizando la rotación del gas que cae y guiando el material para que converja hacia adentro. Luego, el agujero negro estalla en otro chorro, lo que permite que todo el ciclo autosuficiente continúe una y otra vez.
Las simulaciones numéricas por computadora avanzadas también confirmaron este modelo a partir de dimensiones independientes. El comportamiento dinámico del gas en la simulación se asemeja mucho a la escena real captada por el telescopio Webb. Los investigadores señalaron que los cálculos teóricos predijeron originalmente que los campos magnéticos guiarían el flujo de gas frío hacia agujeros negros gigantes. Sin embargo, con la resolución sin precedentes del Telescopio Webb, este ciclo cósmico que durante mucho tiempo estuvo en papel se ha presentado completamente a los ojos humanos.
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