Cómo los agujeros negros supermasivos impactan en la formación de estrellas, según un nuevo estudio

Las galaxias cercanas pueden experimentar una notable disminución en su capacidad de formar estrellas a causa de la intensa radiación emitida desde agujeros negros supermasivos activos ubicados en galaxias vecinas.

Así lo demostró una investigación liderada por Yongda Zhu, investigador postdoctoral del Departamento de Astronomía y del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, cuyas conclusiones abren nuevos interrogantes sobre la evolución colectiva de las galaxias.

Tradicionalmente, los astrónomos han sostenido que las galaxias evolucionan en gran medida de manera aislada debido a la enorme distancia que las separa. Sin embargo, el estudio encabezado por Zhu revela que un agujero negro supermasivo en plena actividad puede alterar no solo el entorno inmediato de su galaxia anfitriona, sino interferir en el proceso de formación estelar en otras galaxias situadas a millones de años luz.

Zhu lo denomina “ecosistema galáctico” y propone entender la interacción de las galaxias como lo haríamos con los sistemas ecológicos interconectados en la Tierra: “Un agujero negro supermasivo activo es como un depredador hambriento que domina el ecosistema. En pocas palabras, absorbe materia e influye en el crecimiento de las estrellas en las galaxias cercanas”, sostuvo Zhu.

El equipo se centró en el estudio del cuásar J0100+2802, uno de los más luminosos observados hasta ahora, cuyo agujero negro posee una masa aproximada de 12.000 millones de veces la del Sol. Gracias a la luz de este cuásar, los investigadores pudieron escrutar una etapa del universo que aún no había alcanzado los mil millones de años de antigüedad.

Para detectar si el cuásar influía más allá de su galaxia anfitriona, los científicos emplearon el Telescopio Espacial James Webb (JWST), cuya capacidad de observación en el infrarrojo lo convierte en la herramienta ideal para captar la luz procedente del universo temprano, tal como explicó Zhu. La dilatación de las longitudes de onda, producida por la expansión cósmica, vuelve invisible la señal para los telescopios convencionales, pero no para el JWST.

El análisis se centró en la emisión de un gas específico, el O III, una variante ionizada del oxígeno que funciona como marcador de la formación estelar reciente. Si el valor de O III es bajo respecto a la luz ultravioleta emitida por una galaxia, se deduce que la formación de nuevas estrellas está siendo suprimida. En el entorno inmediato al cuásar, y en un radio de hasta un millón de años luz, las galaxias mostraron debilidad en la emisión de O III, lo que confirma la represión de la actividad estelar reciente.

“Es sabido que los agujeros negros ‘devoran’ muchas cosas, pero durante el proceso de devoración activa y en su luminosa forma de cuásar, también emiten una radiación muy intensa”, precisó Zhu. “El intenso calor y la radiación dividen el hidrógeno molecular que compone las vastas nubes de gas interestelar, anulando su potencial de acumularse y convertirse en nuevas estrellas”.

El descubrimiento llevó a Zhu y a su equipo a reinterpretar observaciones previas. Las primeras imágenes del James Webb parecían revelar un menor número de galaxias en torno a algunos de los cuásares más colosales en la infancia del universo. Este hecho suscitó preguntas sobre posibles errores instrumentales, pero el hallazgo de la supresión de la formación estelar aportó una explicación alternativa: las galaxias estaban ahí, ocultas por la ausencia de nuevas estrellas que las hicieran detectables.

Los agujeros negros supermasivos y su influencia a escala intergaláctica

Hasta ahora, la comunidad científica sabía que los cuásares podían destruir la materia prima para la formación de estrellas dentro de sus propias galaxias, interrumpiendo así el nacimiento de nuevas estrellas a nivel local. La incógnita residía en saber si este proceso destructivo podía extenderse hacia galaxias distintas a la anfitriona.

El estudio de Zhu logró proporcionar una respuesta: “Por primera vez, tenemos evidencia de que esta radiación impacta el universo a escala intergaláctica”, afirmó el investigador. “Los cuásares no solo suprimen las estrellas en sus galaxias anfitrionas, sino también en galaxias cercanas en un radio de al menos un millón de años luz”.

Los agujeros negros supermasivos —con masas que pueden alcanzar miles de millones de veces la del Sol— residen en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea. Cuando están en fase activa, devorando la materia circundante, pasan a emitir energía a niveles que superan cientos de billones de veces la energía solar, y se manifiestan como cuásares, superando incluso el brillo de la galaxia que los contiene.

Estos objetos extremos fascinan tanto a la comunidad científica como al público general. Son invisibles por definición: ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitatoria. Pero al alimentarse de gas y polvo, el material forma un disco de acreción cuyo rápido giro libera una gigantesca cantidad de energía antes de ser incorporado al agujero negro.

Zhu comparó el impacto de estos cuerpos en el universo con el de un depredador dominante en un ecosistema natural. Ninguna otra especie, en este caso ninguna otra galaxia, queda inmune al alcance de su influencia. El concepto del “ecosistema galáctico” traslada la idea de interconexión desde la biología terrestre al terreno cosmológico, subrayando que los procesos que rigen el crecimiento y la supresión de estrellas pueden ser consecuencia no solo de factores internos, sino también de actores externos a escala galáctica e intergaláctica.

El papel del Telescopio Espacial James Webb y el futuro de la investigación

El JWST ha posibilitado este avance gracias a su sensibilidad para detectar la luz desplazada al infrarrojo procedente de objetos distantes, como el cuásar J0100+2802, del cual nos llega la luminosidad producida hace más de 13 mil millones de años. Ningún observatorio anterior habría sido capaz de identificar con precisión el débil resplandor de O III en esas regiones lejanas, aclaró Zhu.

Los resultados obtenidos empujan nuevas líneas de investigación. Zhu y su equipo tienen previsto comprobar la magnitud y extensión del fenómeno mediante el estudio de múltiples campos de cuásares. Buscan además comprender con exactitud cómo las galaxias se ven afectadas por la presencia de cuásares vecinos y explorar si existen otros factores menos evidentes que puedan estar influyendo en la formación estelar a nivel cósmico.

El antecedente más próximo para este tipo de influencia podría localizarse en la Vía Láctea. Nuestra propia galaxia posee en su centro un agujero negro supermasivo que, si bien actualmente no está activo, pudo haber atravesado una fase de cuásar en el pasado. Queda pendiente investigar hasta qué punto dicho episodio influyó en la formación y el desarrollo de la Vía Láctea y sus galaxias circundantes.

“Entender cómo las galaxias se influenciaron entre sí en el universo temprano nos ayuda a entender mejor cómo surgió nuestra propia galaxia”, explicó Zhu.

Según Zhu, “ahora nos damos cuenta de que los agujeros negros supermasivos pueden haber desempeñado un papel mucho más importante en la evolución de las galaxias de lo que pensábamos, actuando como depredadores cósmicos e influyendo en el crecimiento de estrellas en galaxias cercanas durante el universo temprano”.