El telescopio Webb de la NASA ofrece una visión sin precedentes del corazón de la galaxia Circinus
La galaxia Circinus, situada a unos 13 millones de años luz de distancia, contiene un agujero negro supermasivo activo que continúa influyendo en su evolución. Se creía que la mayor fuente de luz infrarroja de la región más cercana al agujero negro provenía de flujos de salida, o corrientes de materia sobrecalentada que se expulsan hacia el exterior.
Ahora, nuevas observaciones del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que se muestran aquí junto con una nueva imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, aportan evidencia que revierte esta teoría, sugiriendo que la mayor parte del material caliente y polvoriento alimenta el agujero negro central. La técnica empleada para recopilar estos datos también permite analizar los componentes de salida y acreción de otros agujeros negros cercanos.
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| Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA muestra una vista completa de la galaxia Circinus, una galaxia espiral cercana a unos 13 millones de años luz de distancia. El recuadro destaca un primer plano del núcleo de la galaxia, obtenido por el telescopio Webb, donde las observaciones infrarrojas atraviesan el polvo para revelar material caliente que alimenta su agujero negro supermasivo central. La imagen del telescopio Webb, obtenida con el Interferómetro de Enmascaramiento de Apertura (AMI) de su instrumento NIRISS (Cámara de Imágenes de Infrarrojo Cercano y Espectrógrafo sin Rendija), aísla el polvo caliente en las inmediaciones del agujero negro supermasivo, revelando que la mayor parte de la emisión infrarroja proviene de una estructura compacta y polvorienta que alimenta al agujero negro, en lugar de material que emana. En la imagen del telescopio Webb, la cara interna del toroide brilla en luz infrarroja, mientras que las áreas más oscuras representan dónde el anillo exterior bloquea la luz. Crédito Imagen: NASA, ESA, CSA, Enrique López-Rodríguez (Universidad de Carolina del Sur), Deepashri Thatte (STScI); Procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI); Reconocimiento: NOIRLab, CTIO de NSF |
La investigación, que incluye la imagen más nítida de los alrededores de un agujero negro jamás tomada por el Webb, se publicó el martes en Nature .
Pregunta sobre el flujo de salida
Los agujeros negros supermasivos, como los de Circinus, se mantienen activos consumiendo la materia circundante. El gas y el polvo que caen se acumulan formando un anillo con forma de rosquilla alrededor del agujero negro, conocido como toro. A medida que los agujeros negros supermasivos absorben materia de las paredes internas del toro, forman un disco de acreción, similar a un remolino de agua en un desagüe. Este disco se calienta por fricción, hasta alcanzar la temperatura suficiente para emitir luz.
Esta materia brillante puede alcanzar tal brillo que resulta difícil distinguir los detalles del centro de la galaxia con telescopios terrestres. Esto se complica aún más debido a la brillante luz estelar que oculta el interior de Circinus. Además, dado que el toro es increíblemente denso, la región interna del material que cae, calentado por el agujero negro, queda oculta a nuestra vista. Durante décadas, los astrónomos se enfrentaron a estas dificultades, diseñando y mejorando modelos de Circinus con todos los datos que pudieron recopilar.
“Para estudiar el agujero negro supermasivo, a pesar de no poder resolverlo, tuvieron que obtener la intensidad total de la región interior de la galaxia en un amplio rango de longitudes de onda y luego alimentar esos datos a los modelos”, dijo el autor principal Enrique López-Rodríguez de la Universidad de Carolina del Sur.
Los primeros modelos ajustaban los espectros de regiones específicas, como las emisiones del toroide, las del disco de acreción más cercano al agujero negro o las de los flujos de salida, cada una detectada en ciertas longitudes de onda de luz. Sin embargo, dado que la región no podía resolverse en su totalidad, estos modelos planteaban interrogantes en varias longitudes de onda. Por ejemplo, algunos telescopios podían detectar un exceso de luz infrarroja, pero carecían de la resolución necesaria para determinar su origen exacto.
“Desde los años 90, no ha sido posible explicar el exceso de emisiones infrarrojas que provienen del polvo caliente en los núcleos de las galaxias activas, lo que significa que los modelos solo tienen en cuenta el toro o los flujos de salida, pero no pueden explicar ese exceso”, dijo López-Rodríguez.
Estos modelos revelaron que la mayor parte de la emisión (y, por lo tanto, la masa) cerca del centro provenía de flujos de salida. Para comprobar esta teoría, los astrónomos necesitaban dos cosas: la capacidad de filtrar la luz estelar, que previamente impedía un análisis más profundo, y la capacidad de distinguir las emisiones infrarrojas del toroide de las de los flujos de salida. El Webb, con la sensibilidad y la tecnología necesarias para superar ambos desafíos, era necesario para avanzar en nuestra comprensión.
La técnica innovadora de Webb
Para observar el centro de Circinus, Webb necesitaba la herramienta Interferómetro de Enmascaramiento de Apertura de su instrumento NIRISS (Espectrógrafo sin rendija y generador de imágenes de infrarrojo cercano).
En la Tierra, los interferómetros suelen adoptar la forma de conjuntos de telescopios: espejos o antenas que funcionan conjuntamente como si fueran un solo telescopio. Un interferómetro logra esto captando y combinando la luz de la fuente a la que apunta, provocando que las ondas electromagnéticas que la componen interfieran entre sí (de ahí el nombre de "interferómetro") y creando patrones de interferencia. Los astrónomos pueden analizar estos patrones para reconstruir el tamaño, la forma y las características de objetos distantes con mucho mayor detalle que las técnicas no interferométricas.
El Interferómetro de Enmascaramiento de Apertura permite que el Webb se convierta en un conjunto de telescopios más pequeños que funcionan conjuntamente como un interferómetro, creando estos patrones de interferencia por sí mismo. Esto se logra mediante una apertura especial compuesta por siete pequeños orificios hexagonales que, como en fotografía, controlan la cantidad y la dirección de la luz que entra en los detectores del telescopio.
“Estos agujeros en la máscara se transforman en pequeños colectores de luz que guían la luz hacia el detector de la cámara y crean un patrón de interferencia”, dijo Joel Sánchez-Bermúdez, coautor con sede en la Universidad Nacional Autónoma de México.
Con nuevos datos disponibles, el equipo de investigación pudo construir una imagen a partir de los patrones de interferencia de la región central. Para ello, consultaron datos de observaciones previas para garantizar que los datos del Webb estuvieran libres de artefactos. Esto resultó en la primera observación extragaláctica realizada con un interferómetro infrarrojo en el espacio.
"Al usar un modo de imagen avanzado de la cámara, podemos duplicar su resolución en una zona más pequeña del cielo", dijo Sánchez-Bermúdez. "Esto nos permite ver imágenes el doble de nítidas. En lugar del diámetro de 6,5 metros del Webb, es como si estuviéramos observando esta región con un telescopio espacial de 13 metros".
Los datos mostraron que, contrariamente a los modelos que predecían que el exceso de infrarrojo proviene de las emanaciones, alrededor del 87 % de las emisiones infrarrojas del polvo caliente en Circinus provienen de las zonas más cercanas al agujero negro, mientras que menos del 1 % de las emisiones provienen de emanaciones de polvo caliente. El 12 % restante proviene de distancias más lejanas que antes no se podían distinguir.
“Es la primera vez que se utiliza un modo de alto contraste del Webb para observar una fuente extragaláctica”, afirmó Julien Girard, coautor del artículo e investigador principal del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial. “Esperamos que nuestro trabajo inspire a otros astrónomos a utilizar el modo Interferómetro de Enmascaramiento de Apertura para estudiar estructuras polvorientas, tenues pero relativamente pequeñas, en las proximidades de cualquier objeto brillante”.
Universo de agujeros negros
Si bien el misterio del exceso de emisiones de Circinus se ha resuelto, existen miles de millones de agujeros negros en nuestro universo. El equipo señala que la diferencia de luminosidad entre ellos podría influir en si la mayoría de las emisiones provienen del toroide de un agujero negro o de sus salidas.
“El brillo intrínseco del disco de acreción de Circinus es muy moderado”, dijo López-Rodríguez. “Por lo tanto, tiene sentido que las emisiones estén dominadas por el toro. Pero quizás, en el caso de agujeros negros más brillantes, las emisiones estén dominadas por el flujo de salida”.
Con esta investigación, los astrónomos cuentan ahora con una técnica probada para investigar cualquier agujero negro que deseen, siempre que sea lo suficientemente brillante como para que el Interferómetro de Enmascaramiento de Apertura sea útil. El estudio de objetivos adicionales será esencial para crear un catálogo de datos de emisión y determinar si los resultados de Circinus fueron únicos o característicos de un patrón.
“Necesitamos una muestra estadística de agujeros negros, quizás una docena o dos docenas, para entender cómo la masa en sus discos de acreción y sus flujos de salida se relacionan con su energía”, dijo López-Rodríguez.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. El Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observa mundos distantes alrededor de otras estrellas e investiga las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
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Publicado en NASA Webb el 13 de junio del 2026, enlace publicación.
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