Detectan un agujero negro que está «matando de hambre» a la galaxia de Pablo
Con la ayuda del telescopio espacial James Webb, un equipo de astrónomos ha podido constatar que el agujero negro supermasivo que vive en Pablo, una galaxia del universo primitivo, está asesinándola poco a poco, al devorar el alimento que la galaxia necesita para formar nuevas estrellas.
Por la Universidad de Cambridge
Los astrónomos han observado una galaxia aproximadamente del tamaño de la Vía Láctea en el universo temprano, llamada galaxia de Pablo, que está, en esencia, muerta, porque prácticamente ha dejado de formar nuevas estrellas. Crédito: Francesco D'Eugenio
Los astrónomos han utilizado el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA para confirmar que los agujeros negros supermasivos pueden privar a sus galaxias anfitrionas del combustible que necesitan estas para formar nuevas estrellas.
El equipo internacional, codirigido por la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, echó mano del James Webb para observar una galaxia del tamaño aproximado de la Vía Láctea en el universo primitivo, unos 2.000 millones de años después del big bang. Este tuvo lugar hace 13 800 millones de años.
Como la mayoría de las grandes galaxias, la galaxia estudia, conocida como la galaxia de Pablo, tiene un agujero negro supermasivo en su centro. Sin embargo, esta galaxia está esencialmente muerta: en su mayor parte ha dejado de formar nuevas estrellas.
Recordemos que para los cosmólogos un agujero negro supermasivo es un tipo de agujero negro que tiene una masa extraordinariamente grande, típicamente de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Estos objetos se encuentran, como ya se ha mencionado, en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea. Esta alberga en su corazón un agujero negro supermasivo llamado Sagitario A*.
La galaxia de Pablo, en modo «apagado»
Y aunque la masa de estos agujeros negros supermasivos es inmensa, el tamaño del horizonte de sucesos —la región desde la cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar— varía en función de su masa, pero sigue siendo extremadamente pequeño en comparación con una galaxia entera.
«Basándonos en observaciones anteriores, sabíamos que la galaxia de Pablo se encontraba en un estado apagado: no está formando muchas estrellas dado su tamaño, y esperamos que exista un vínculo entre el agujero negro y el fin de la formación estelar —afirma Francesco D'Eugenio, del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge, y coautor principal del estudio. Y añade—: Sin embargo, hasta el James Webb no hemos podido estudiar esta galaxia con suficiente detalle como para confirmar ese vínculo, y no hemos sabido si este estado de apagado es temporal o permanente».
Esta galaxia, denominada oficialmente GS-10578 y apodada la galaxia de Pablo, por el investigador que decidió observarla en detalle, es demasiado masiva para una época tan temprana del universo. Así es, su masa total es 200.000 millones de veces la de nuestro sol, y la mayoría de sus estrellas se formaron hace entre 12.500 y 11.500 millones de años.
La galaxia está expulsando grandes cantidades de gas a 1.000 km/s
«En el universo temprano, la mayoría de las galaxias están formando muchas estrellas, por lo que es interesante ver una galaxia muerta tan masiva en este período de tiempo —explica Roberto Maiolino, también del Instituto Kavli de Cosmología y coautor de la investigación. Y continúa—: Si tuvo tiempo suficiente para llegar a este tamaño masivo, cualquiera que sea el proceso que detuvo la formación estelar probablemente ocurrió con relativa rapidez».
Con la asistencia del James Webb, los investigadores detectaron que esta galaxia está expulsando grandes cantidades de gas a velocidades de unos 1.000 kilómetros por segundo, lo suficientemente rápido como para escapar de la atracción gravitatoria de la galaxia. Estos rápidos vientos están siendo empujados fuera de la galaxia por el agujero negro.
El agujero negro que vive en la galaxia de Pablo la está matando y manteniéndola inactiva. Imagen generada con Copilot
Al igual que otras galaxias con agujeros negros en acreción, la galaxia de Pablo presenta vientos de salida rápidos de gas caliente, pero estas nubes gaseosas son tenues y tienen poca masa. El James Webb detectó la presencia de un nuevo componente del viento, que no podía verse con los telescopios anteriores. Este gas es más frío, es decir, más denso y, sobre todo, no emite luz.
El agujero negro está matando de hambre a la galaxia
El James Webb, con su sensibilidad superior, puede ver estas nubes de gas oscuro, porque bloquean parte de la luz de la galaxia que hay detrás de ellas.
La masa de gas que se expulsa de la galaxia de Pablo es mayor de lo que la galaxia necesitaría para seguir formando nuevas estrellas. En esencia, el agujero negro está matando de hambre a la galaxia, sostienen los autores del estudio en la revista Nature Astronomy.
«Encontramos al culpable —afirma D'Eugenio. Y añade—: El agujero negro está matando a esta galaxia y manteniéndola inactiva, al cortar la fuente de alimento que la galaxia necesita para formar nuevas estrellas".
El final de la formación estelar tiene un efecto violento y turbulento en las galaxias
Aunque los modelos teóricos anteriores habían predicho que los agujeros negros tenían este efecto en las galaxias, antes del James Webb, no había sido posible detectar este efecto directamente.
Modelos anteriores habían predicho que el final de la formación estelar tiene un efecto violento y turbulento en las galaxias, destruyendo su forma en el proceso. Pero las estrellas de esta galaxia en forma de disco siguen moviéndose ordenadamente, lo que sugiere que no siempre es así.
«Sabíamos que los agujeros negros tienen un impacto masivo en las galaxias, y quizá es común que detengan la formación estelar, pero hasta el James Webb no habíamos podido confirmarlo de forma directa —recalca Maiolino. Y continúa—: Es una forma más de que el James Webb sea un gran salto adelante en términos de nuestra capacidad para estudiar el universo primitivo y cómo evolucionó».
Las nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter-Submillimiter Array (ALMA), que se centra en los componentes gaseosos más fríos y oscuros de la galaxia, nos dirán más sobre si esta galaxia todavía tiene combustible para la formación de estrellas en esta galaxia y dónde lo esconde, así como cuál es el efecto del agujero negro supermasivo en la región que rodea la galaxia. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Cambridge -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: D’Eugenio, F., Pérez-González, P.G., Maiolino, R. et al. A fast-rotator post-starburst galaxy quenched by supermassive black-hole feedback at z = 3. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02345-1
