Los chorros de los agujeros negros podrían 'matar' a sus galaxias

Nuevas observaciones revelan un tenue resplandor en los halos galácticos, justo en la dirección en la que apuntan los chorros de los agujeros negros centrales. Estos chorros podrían determinar la evolución final de las galaxias que los albergan.

Radiogalaxias

Desde mediados del siglo XX sabemos que algunas galaxias, aunque tengan un aspecto muy anodino en las imágenes ópticas, cuando se observan en ondas de radio aparecen flanqueadas por dos enormes lóbulos de emisión, a veces mucho mayores que la propia galaxia. Un buen ejemplo es Hércules A, en una imagen adjunta. Estos lóbulos son el resultado de dos chorros de partículas que el agujero negro supermasivo del centro de la galaxia lanza al espacio a velocidades altísimas, próximas a la de la luz. En los casos más extremos, los lóbulos llegan a separarse del agujero negro central hasta una distancia del orden de medio millón de años luz.

Casi todas las galaxias grandes albergan un agujero negro de este tipo. El de la Vía Láctea, Sagitario A*, tiene unos cuatro millones de masas solares y se encuentra en reposo. Pero en otras galaxias, como Hércules A, el agujero negro central devora con avidez la materia del entorno y en ese proceso se generan estos espectaculares chorros que caracterizan a las radiogalaxias.

Gas circungaláctico

Toda galaxia está rodeada por un halo de gas, el medio circungaláctico, que se extiende entre 10 y 20 veces más allá de su parte visible. Es la despensa de la que la galaxia obtiene el gas para alimentar sus nubes interestelares, de las que saldrán futuras estrellas. Y también es el lugar al que regresa buena parte del material expulsado por las galaxias.ç

Sin embargo, se conocen muchas galaxias masivas que han dejado de formar estrellas a pesar de tener a su alrededor una enorme reserva de material. Hace tiempo que se sospechaba que los chorros procedentes de los agujeros negros -presentes en el centro de casi todas las galaxias- impiden que el gas se enfríe y caiga hacia el interior. En los cúmulos de galaxias, donde el gas está a millones de grados, se observan las cavidades excavadas por los chorros. Pero qué efecto tienen sobre el gas mucho más frío, a unos 10.000 grados, que rodea a las galaxias corrientes era una incógnita, porque su emisión es demasiado débil para detectarla.

Linternas cósmicas

Un equipo liderado por Namrata Roy (Instituto de Investigación Raman, India) y Sanchayeeta Borthakur (Universidad Estatal de Arizona) ha encontrado una forma de abordar este problema. Los cuásares, núcleos de galaxias remotísimas y extremadamente brillantes, aparecen a veces en el cielo justo detrás de radiogalaxias más cercanas, de modo que su luz atraviesa el halo de estas. Estos cuásares son pues como linternas cósmicas que nos permiten ver qué sucede en las galaxias que tienen delante.ç

Los autores cruzaron el catálogo de radiogalaxias del radiotelescopio LOFAR, que opera a muy bajas frecuencias, con los espectros de cuásares observados por DESI, un instrumento de 5.000 fibras ópticas instalado en el telescopio Mayall de Kitt Peak (Arizona). De esta manera seleccionaron 324 parejas formadas por una radiogalaxia y un cuásar situado justo detrás. En la figura adjunta se muestran las imágenes obtenidas con LOFAR de 9 de estas radiogalaxias y las posiciones de los cuásares lejanos marcadas con cruces azules.

Los científicos sumaron los espectros correspondientes a todas estas parejas radiogalaxia-cuásar. Así, una señal invisible en una pareja puede emerger del ruido al considerar todas ellas. Con esta técnica, conocida como stacking, buscaron la emisión H-alfa del hidrógeno ionizado en las radiogalaxias.

Al promediar la señal en todas las direcciones no se detectaba nada significativo. Pero al considerar solo las 74 líneas de visión situadas a menos de 20 grados del eje del chorro, apareció un exceso de emisión con una razón señal/ruido significativa (superior a cinco sigma, en términos técnicos). En esa dirección, en la que se propagan los chorros, el brillo es entre 10 y 100 veces mayor que en los halos de galaxias normales de masa similar. El gas, por tanto, no brilla por igual en todas partes: el chorro actúa como el haz de una linterna que enciende lo que encuentra a su paso, sobre todo cerca de la galaxia y cerca de los lóbulos de radio.

Buscaron también la absorción del magnesio, que delata la presencia de nubes frías aunque no brillen, y la encontraron repartida de forma parecida en todas direcciones. La interpretación es que el gas frío ya estaba allí, en forma de nubes dispersas por el halo, y que el chorro lo comprime y lo ioniza al pasar, haciéndolo brillar. Como el brillo H-alfa crece con el cuadrado de la densidad, una compresión moderada basta para que esas nubes tengan una emisión apreciable. Para explicar la luz observada basta con que un 0,06 % de la potencia del chorro se convierta en esa radiación.

Pequeños pero matones

Los datos indican que los chorros que provienen del "pequeño" (en tamaño) agujero negro central tienen un impacto medible sobre el gigantesco halo que rodea a la galaxia. Esta interacción podría impedir que el gas del entorno siga alimentando a la galaxia y ser responsable de una disminución en la formación estelar que, en el límite, incluso podría llevar a la "muerte" de la galaxia, entendiendo como "muerte" el punto en el que la galaxia se ve incapaz de formar más estrellas.

Pero, como siempre en la ciencia, conviene mantener la cautela. Este estudio detecta bien esa interacción en la forma de una emisión en la línea H-alfa, pero no ha medido si esta interacción frena la formación de estrellas.

El gas del halo es la materia prima de las futuras generaciones de estrellas. La evolución y el comportamiento de este gas determinan, en buena medida, si una galaxia seguirá renovándose o se irá apagando. Resulta que ese destino puede depender de un objeto del tamaño del sistema solar, situado en el centro de una galaxia que contiene cientos de miles de millones de estrellas.

Parece ahora plausible que los agujeros negros, por medio de sus chorros, lleguen a apagar una galaxia, es decir, a dejarla sin capacidad de formar estrellas. En definitiva, los agujeros negros son pequeños, pero pueden llegar a ser matones.

El estudio, firmado por Roy, Borthakur, Heckman y Singh, titulado Lighting Up the Circumgalactic Medium: Strong, Jet-aligned H Emission around Radio Galaxies, ha sido publicado en The Astrophysical Journal Letters y puede consultarse en este enlace.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España.