Revelan cómo los agujeros negros regulan la energía en grandes grupos de galaxias

En el centro de la mayoría de las galaxias, los agujeros negros supermasivos se ubican en regiones de intensa actividad cósmica. Ahora, equipos internacionales de astrónomos realizaron mediciones directas de la energía y los movimientos turbulentos del gas caliente que rodea a estos objetos, gracias a observaciones detalladas del satélite XRISM y a un estudio publicado en la revista Nature.

Estos agujeros negros, presentes en el núcleo de muchas galaxias, incluida la Vía Láctea, poseen masas que superan en millones de veces a la del Sol. Su interacción con el gas circundante desencadena procesos de retroalimentación que condicionan el crecimiento y la dinámica de los cúmulos galácticos, según se detalla en el informe científico.

Hasta ahora, la comprensión de estos mecanismos se veía limitada por la falta de herramientas capaces de diferenciar los movimientos internos del gas de otros fenómenos cósmicos de gran escala.

XRISM y el salto tecnológico en la observación galáctica

El satélite XRISM es producto de la colaboración entre la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), la NASA y la Agencia Espacial Europea. Desde 2023, XRISM ha revolucionado la espectroscopía de rayos X, permitiendo distinguir con alta precisión los movimientos del gas asociados directamente al agujero negro de aquellos generados por fusiones galácticas u otros procesos externos.

Esta capacidad marca un avance esencial para entender el verdadero impacto de los agujeros negros sobre su entorno inmediato y sobre las estructuras de mayor escala en el universo.

Gracias a XRISM, los equipos dirigidos por la Universidad de Chicago lograron diferenciar los flujos de gas provenientes del núcleo galáctico activo, es decir, del agujero negro supermasivo, de los que tienen origen en colisiones de galaxias.

Esta distinción resulta clave para desentrañar el papel de los agujeros negros en la evolución de conglomerados galácticos y el equilibrio energético en el cosmos.

Revelaciones en Virgo y Perseo

Las observaciones resultaron especialmente esclarecedoras en dos cúmulos galácticos: Virgo, hogar de la galaxia M87, y Perseo, el cúmulo más luminoso en rayos X observado desde la Tierra. En Virgo, los científicos detectaron la mayor turbulencia cósmica registrada hasta el momento en el gas de un cúmulo, con valores superiores incluso a los observados durante colisiones de cúmulos, consideradas entre los fenómenos más violentos posteriores al Big Bang.

Las velocidades del gas alcanzan máximos cerca del agujero negro y disminuyen rápidamente con la distancia. Hannah McCall, autora principal del estudio sobre Virgo, señaló que “las velocidades son más altas cerca del agujero negro y descienden aceleradamente más lejos”. El equipo atribuye estos valores extremos a una combinación de remolinos turbulentos y ondas de choque originadas por los flujos expulsados por el agujero negro.

En Perseo, la sensibilidad de XRISM permitió trazar diferentes componentes del movimiento del gas. En la zona central, predomina la influencia del agujero negro supermasivo, mientras que en las regiones externas, las fusiones galácticas son el motor principal. El informe científico subraya que estos procesos actúan a diferentes escalas y que disponer de un mapa cinemático preciso facilita comprender la relación entre causa y efecto en el cosmos.

Los investigadores vincularon la turbulencia inducida por el agujero negro con la regulación de la formación estelar en los cúmulos. Durante años, los astrónomos han observado que en los centros de estos sistemas nacen menos estrellas de lo previsto. El calor generado por la turbulencia puede compensar el enfriamiento necesario para la formación de nuevas estrellas, lo que mantiene un equilibrio en el proceso.

Annie Heinrich, una de las autoras destacadas, afirmó que cada agujero negro se encuentra en el “ojo de su propia tormenta”. Simulaciones y análisis espectroscópicos recogidos por el equipo de investigación refuerzan la importancia de medir la velocidad del gas para transformar imágenes estáticas en una comprensión dinámica de estos fenómenos.

Las nuevas mediciones obtenidas con XRISM abren interrogantes sobre qué otros mecanismos inciden en el calentamiento del gas a nivel cósmico y sobre la duración del impacto directo del agujero negro en cada episodio de actividad. El equipo científico considera esencial ampliar las observaciones y perfeccionar los modelos con simulaciones específicas para aislar los efectos de cada agente, según detalla el informe en Nature.

Irina Zhuravleva, profesora asociada de astronomía y astrofísica, expresó su optimismo respecto al rumbo de la investigación: “Estoy convencida de que estamos cerca de resolver algunos de estos enigmas”.

Aunque todavía no se ha confirmado si la turbulencia es el único mecanismo responsable del calentamiento observado, los datos actuales demuestran que resulta indispensable en el intercambio de energía entre el agujero negro supermasivo y su entorno, tanto inmediato como a gran escala. Este avance representa un cambio fundamental en la forma en que la astronomía comprende la relación entre los agujeros negros y el universo que los rodea.