Detectan la sorprendente reactivación de un agujero negro: su impacto en la evolución de galaxias

Uno de los fenómenos más excepcionales del cosmos, el renacimiento de un agujero negro supermasivo tras un largo periodo de inactividad, ha sido captado en detalle a través de observaciones punteras.

Un equipo internacional de astrónomos documentó cómo el núcleo galáctico de J1007+3540, ubicado en el centro de un enorme cúmulo de galaxias, reinició la emisión de potentes chorros de plasma tras permanecer inactivo cerca de 100 millones de años.

Según los autores, estos hallazgos permiten comprender de manera inédita cómo la interacción entre los gases calientes del ambiente y los estallidos provenientes del agujero negro esculpen la estructura y el destino de las galaxias, ofreciendo una visión directa de la evolución galáctica.

El equipo anunció su intención de emplear instrumentos aún más sensibles para examinar el núcleo de J1007+3540 en profundidad. Los científicos esperan con ello rastrear la propagación de los chorros recién activados a través del entorno hostil y turbulento que los rodea, utilizando tecnología de alta resolución para revelar los procesos internos en un nivel hasta ahora inalcanzable.

Cómo fue la investigación

El estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se llevó a cabo utilizando avanzados interferómetros de radio, entre los que destacan el Low Frequency Array (LOFAR) en los Países Bajos y el Giant Metrewave Radio Telescope (uGMRT) de la India.

Estos instrumentos permitieron obtener imágenes sin precedentes de la galaxia y sus vastos chorros, fragmentos de plasma magnetizado que surcan el espacio y que alcanzan casi un millón de años luz de longitud, comparables, según los investigadores, a la erupción renovada de un “volcán cósmico”.

Los detalles obtenidos muestran que J1007+3540 atraviesa una fase llena de actividad. La investigadora principal, Shobha Kumari, del Midnapore City College de la India, explicó que las imágenes de radio detectaron un chorro interior compacto y brillante, señal inequívoca del reciente resurgir del agujero negro.

“Es como ver un volcán cósmico entrar en erupción nuevamente después de años de calma, excepto que este es lo suficientemente grande como para excavar estructuras que se extienden casi un millón de años luz a través del espacio,” afirmó Kumari. Rodeando esa actividad central, emerge claramente un capullo de plasma más antiguo y deteriorado, vestigio de erupciones pasadas, que ahora aparece distorsionado y comprimido debido a la presión y turbulencia provocadas por el entorno del cúmulo donde reside la galaxia.

Los autores, entre quienes se encuentran el Dr. Sabyasachi Pal y el Dr. Surajit Paul del Midnapore City College, así como el Dr. Marek Jamrozy de la Universidad Jagellónica en Polonia, consideran que este sistema constituye uno de los ejemplos más claros de “AGN episódico”: es decir, una galaxia con un núcleo activo que se enciende y apaga repetidamente a lo largo de los tiempos cósmicos, dejando huellas superpuestas de actividad reciente y remanentes antiguos en sus lóbulos de plasma.

Las imágenes obtenidas con LOFAR revelan que el lóbulo norte está intensamente comprimido y sufre una distorsión considerable, con un plasma que vuelve sobre sí mismo y parece empujado lateralmente por la influencia del gas circundante. Según el Dr. Pal, “J1007+3540 es uno de los ejemplos más claros y espectaculares de AGN episódico con interacción chorro-cúmulo, donde el gas caliente circundante dobla, comprime y distorsiona los chorros.”

El entorno de J1007+3540 se caracteriza por una presión exterior muy superior a la que enfrentan la mayoría de las galaxias emisoras de radio, debido a la presencia de gas sumamente caliente en el cúmulo galáctico. Esta circunstancia condiciona la forma y trayectoria de los chorros, que se deforman y se desvían al expandirse, generando complejas estructuras.

En la imagen del uGMRT se aprecia que esta zona comprimida del lóbulo norte presenta un espectro de radio muy pronunciado, lo que indica que las partículas allí alojadas son muy antiguas y han perdido la mayor parte de su energía, una consecuencia directa de la desgastante influencia del cúmulo.

Un aspecto igualmente significativo es la extensa cola de emisión difusa que se prolonga hacia el suroeste, un fenómeno que los investigadores interpretan como el arrastre del plasma magnetizado durante millones de años por la densa atmósfera del cúmulo. Este rastro atestigua que la galaxia, además de emitir chorros a partir de su agujero negro central, está siendo a su vez modelada y alterada de manera profunda por su ambiente circundante.

El valor científico de J1007+3540 reside en su capacidad para responder cuestiones fundamentales sobre la dinámica de los agujeros negros, la evolución de los chorros y la influencia de los entornos galácticos.

Tal como explican los autores en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el estudio de sistemas como este permite evaluar con qué frecuencia los agujeros negros alternan entre fases de actividad y reposo, comprender la interacción entre el plasma de radio envejecido y el gas caliente que predomina en el cúmulo y analizar cómo las erupciones repetidas del núcleo pueden transformar progresivamente el entorno galáctico durante escalas de tiempo que abarcan millones de años.

Los procesos observados en J1007+3540 ponen en evidencia que el crecimiento galáctico dista de ser suave o gradual. En palabras del equipo de investigación, el caso de esta radiogalaxia ilustra que la evolución en el universo es resultado de un enfrentamiento continuo entre la fuerza explosiva de los agujeros negros supermasivos y la presión gravitatoria del ambiente cósmico en el que se insertan.

Este fenómeno de erupciones episódicas y superpuestas de plasma magnético revela que los núcleos activos de las galaxias pueden experimentar múltiples ciclos vitales. Las fases de apagón y reactivación dejan distintos estratos que son visibles a través de la observación en radiofrecuencia, y el potente entorno del cúmulo galáctico determina no solo la forma de los chorros, sino también la dirección y el alcance que pueden lograr.

El equipo liderado por Shobha Kumari detalló que los datos recabados hasta ahora solo constituyen el inicio de una nueva etapa en la exploración de este tipo de sistemas. Los investigadores planean aprovechar futuras observaciones con interferometría de mayor resolución para profundizar en los mecanismos internos que regulan el accionar de J1007+3540 y otras galaxias similares.

Este enfoque permitirá reconstruir, con precisión creciente, los procesos de reinicio y propagación de chorros, así como la respuesta del entorno galáctico ante cada estallido. De este modo, aclararán los ciclos de encendido y apagado de los agujeros negros y señalarán cómo estos procesos contribuyen, en última instancia, a modelar la morfología y el destino de las galaxias que pueblan el universo.