En 2019 se alcanzó un hito científico en la Astronomía cuando se fotografió, por primera vez, un agujero negro supermasivo. Concretamente, el que se encuentra en el centro de M87, una galaxia elíptica gigante que se encuentra en el cúmulo de Virgo, a unos 55 millones de años luz, y famosa por albergar en su núcleo un agujero negro supermasivo extremadamente activo. 

Ahora, un equipo científico internacional ha capturado la imagen más detallada y completa hasta la fecha de los misteriosos filamentos que rodean a la galaxia, utilizando nuevas observaciones del Gran Telescopio Canarias (GTC o Grantecan). El estudio ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Cómo se mueven los filamentos

En esas observaciones también se han utilizado imágenes del Telescopio Canadá-Francia-Hawái y, según ha informado el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el estudio revela cómo estas largas estructuras filiformes se mueven, evolucionan e interactúan con su entorno galáctico y con la actividad del agujero negro supermasivo central.

Este motor de 6.500 millones de masas solares, conocido mundialmente gracias a la colaboración Event Horizon Telescope por haber obtenido la primera imagen de su sombra, es responsable de lanzar chorros de partículas de alta energía que se extienden mucho más allá de su galaxia, un espectáculo que se aprecia mejor en la luz de radio.

“Dependiendo de la cantidad de material que ingiera el agujero negro, sus chorros pasan por períodos muy activos seguidos de otros más tranquilos. Aun así, desempeñan un papel importante en la configuración tanto de la propia galaxia como del gas caliente que la rodea”, explica el IAC en un comunicado. 

Cúmulo de Virgo

M87 se encuentra en un entorno muy especial: el centro del cúmulo galáctico Virgo, un gigantesco sistema que contiene miles de galaxias “y está inmerso en un gas intracúmulo caliente y difuso que alcanza decenas de millones de grados”.

Al igual que muchas galaxias centrales, M87 está atravesada por una compleja red de filamentos largos y delgados que se extienden lejos de su centro. “A pesar de décadas de estudio, su origen sigue siendo incierto. ¿De dónde provienen? ¿Cómo pueden sobrevivir estructuras tan delgadas en un entorno tan hostil? ¿Y hasta qué punto están relacionadas con la actividad del agujero negro, como creen muchos astrónomos?”, se pregunta el IAC.

“M87 es la galaxia más cercana que se conoce con este tipo de estructuras filamentosas. Probablemente sea una de las pocas que presenta filamentos tan alejados del centro que parecen separados, ‘flotando’ más allá de la galaxia”, ha explicado Camille Poitras, autora principal del estudio y estudiante de máster en la Universidad Laval (Quebec, Canadá).

MEGARA y SITELLE

Para comprender mejor estos filamentos, el equipo internacional de astrónomos combinó dos conjuntos complementarios de observaciones. En primer lugar, utilizaron el instrumento MEGARA del Gran Telescopio Canarias para estudiar dos regiones únicas: filamentos complejos cerca del centro, próximos a los chorros actuales, y otra mucho más lejana, casi más allá de la galaxia, en un entorno más tranquilo.

Para completar esta imagen, el equipo también utilizó nuevas observaciones del Telescopio Canadá-Francia-Hawái (CFHT) con el instrumento SITELLE, que proporcionó una vista panorámica de toda la red de filamentos.

Así, gracias a la alta resolución de MEGARA, el equipo descubrió que estos filamentos también se ven agitados por movimientos locales más pequeños, probablemente causados por explosiones de estrellas viejas conocidas como supernovas de tipo Ia, que son comunes en toda la galaxia.

“La capacidad de MEGARA de proporcionar información espacial al respecto de estos filamentos, combinado con la sensibilidad que permite un telescopio como el GTC ha sido fundamental para poder estudiar en detalle estas estructuras tan sutiles”, afirma Antonio Cabrera Lavers, jefe de operaciones científicas del Gran Telescopio de Canarias.

“Más lejos, la imagen cambia por completo”, señala, pues el filamento exterior separado se mueve de forma más estable y uniforme, y su presencia parece estar relacionada con un chorro anterior de un periodo de actividad pasado.

Composición variable

La composición del gas dentro de estos filamentos también varía. Más cerca del centro, se ve afectado por el agujero negro y sus chorros activos, y muestra signos químicos diferentes a los del gas más alejado.

Sin embargo, incluso el filamento distante muestra una composición inesperada para una zona tan tranquila, lo que sugiere que puede haber procesos subyacentes en marcha que aún no se comprenden del todo. “Estas nuevas observaciones nos han ayudado a determinar cómo los flujos del agujero negro de M87 dan forma y energizan estos filamentos”, explica Marie-Lou Gendron-Marsolais, profesora adjunta de la Universidad Laval y coautora del estudio. “Son pruebas ‘vivas’ de cómo el agujero negro afecta a la galaxia, incluso lejos de su núcleo”, señala.

Estos resultados muestran que los filamentos están estrechamente relacionados con la actividad actual y pasada del agujero negro supermasivo de M87. Una combinación de diferentes procesos, como los chorros, las explosiones estelares y la interacción entre el gas caliente y el frío, parecen actuar conjuntamente para dar forma y mover estas delgadas estructuras.

“Comprender cómo se combinan estos procesos sigue siendo un reto, pero las futuras observaciones de alta resolución y las técnicas de análisis innovadoras serán fundamentales para revelar cómo se forman, sobreviven y evolucionan con el tiempo”, concluye el IAC.