Un agujero negro que se alimenta rápidamente revela un límite interno crucial
Un agujero negro supermasivo situado a unos 420 millones de años luz podría deber su potente chorro a un cambio en la forma y la temperatura de la materia que cae hacia él. Las observaciones de la galaxia 3C 120 indican que su disco relativamente frío y plano se detiene antes de llegar al agujero negro y deja una región interna llena de plasma mucho más caliente, donde podrían acumularse campos magnéticos intensos.
Contenido
- Un agujero negro que se alimenta rápidamente revela un límite interno crucial
- Por qué 3C 120 plantea un enigma
- XRISM analiza el disco a través del hierro
- Los radiotelescopios rastrean el chorro hacia su origen
- Cómo podría la rotación aportar energía al chorro
- Un cambio estructural relaciona las mediciones
- Por qué el resultado importa más allá de una galaxia
- Publicación y próximas observaciones
- Puntos clave
Un equipo dirigido por el profesor asociado Hirofumi Noda, de la Universidad de Tohoku, y el profesor asociado Kazuhiro Hada, de la Universidad Municipal de Nagoya, combinó observaciones de la misión japonesa de imágenes y espectroscopia de rayos X, conocida como XRISM, con mediciones de tres redes internacionales de radiotelescopios. En conjunto, los instrumentos relacionaron la estructura de la materia que cae con el estrecho chorro que emerge cerca del agujero negro.
Los hallazgos, publicados en The Astrophysical Journal Letters el 19 de octubre de 2026, abordan un enigma: ¿cómo puede un agujero negro consumir materia rápidamente y, al mismo tiempo, lanzar una potente corriente de plasma casi a la velocidad de la luz? Se pensaba que el tipo de disco que se espera cuando la alimentación es rápida no es adecuado para acumular los campos magnéticos necesarios para ese proceso.
El anuncio de investigación de la Universidad de Tohoku, publicado el 20 de octubre, describe una posible respuesta. El disco exterior más frío da paso a un flujo interno caliente, lo que crea condiciones en las que los campos magnéticos podrían extraer energía de la rotación del agujero negro y canalizarla hacia un chorro.
Por qué 3C 120 plantea un enigma
3C 120 se encuentra en dirección a la constelación de Tauro. Su agujero negro central tiene una masa equivalente a unos 60 millones de soles y consume rápidamente la materia que lo rodea, además de producir un potente chorro. Esta combinación lo convierte en un objeto útil para investigar cómo se relacionan la alimentación y la producción de chorros.
La materia que se acerca a un agujero negro suele tener cierto movimiento lateral, por lo que gira hacia el interior en lugar de caer directamente. Se acumula en un disco de acreción, donde la fricción y otros procesos calientan el material hasta que emite luz y otras formas de radiación. Los astrónomos estudian esa radiación para comprender una región que no pueden observar directamente.
Por lo general, se espera que una alimentación rápida produzca un disco relativamente frío y geométricamente delgado que se extienda hasta cerca del agujero negro. Aquí, «frío» es un término comparativo frente al plasma mucho más caliente que se encuentra más cerca del centro. Un disco delgado tiene un grosor vertical pequeño en relación con su anchura, como una lámina aplanada.
La dificultad está en el magnetismo. Una explicación destacada de los chorros potentes requiere campos magnéticos intensos cerca de un agujero negro en rotación. Se cree que un disco delgado tiene dificultades para mantener la estructura de campo necesaria. Un flujo interno más caliente y grueso ofrece condiciones más favorables, por lo que el lugar donde cambia la forma del disco es fundamental para la investigación.
XRISM analiza el disco a través del hierro
XRISM, una misión de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, detectó rayos X emitidos por el hierro presente en la materia que rodea el agujero negro de 3C 120. El hierro emite radiación a energías características, que produce una señal reconocible llamada línea de emisión en un espectro de rayos X. Un espectro separa la radiación según su energía.
La línea del hierro cambia de forma cerca de un agujero negro. El movimiento de la materia hacia un observador o en dirección contraria desplaza la energía de la radiación que recibe. La intensa gravedad cerca del agujero negro también cambia la energía de los rayos X que escapan. En conjunto, estos efectos dispersan y distorsionan la línea.
Los investigadores utilizaron esa distorsión para calcular hasta dónde se extiende hacia el interior el disco relativamente frío. La universidad sitúa su borde interno a unas 20 veces el radio del agujero negro. La descripción científica expresa el límite como aproximadamente 20 radios gravitacionales, una escala de distancia basada en la masa del agujero negro.
El equipo deduce que, dentro de ese límite, se produce una transición a un flujo caliente y geométricamente grueso. Se cree que el plasma alcanza allí temperaturas de cientos de millones de grados. El plasma es un gas cuyos electrones se han separado de los átomos, lo que permite que el material interactúe intensamente con los campos magnéticos.
Los radiotelescopios rastrean el chorro hacia su origen
Las observaciones de radio realizadas aproximadamente en el mismo periodo aportaron la otra mitad de la imagen. El equipo utilizó el Global Millimeter VLBI Array, el Very Long Baseline Array y la East Asian VLBI Network para rastrear el estrechamiento del chorro a medida que se acercaba al agujero negro.
Estas redes combinan mediciones de telescopios muy distantes mediante interferometría de muy larga base, o VLBI. El método permite a los astrónomos distinguir detalles mucho más precisos de los que podría resolver por sí solo un radiotelescopio. En este estudio, ayudó a seguir el chorro hasta su origen.
A partir de la forma del chorro, los investigadores calcularon que su base tiene un radio no superior a unas 10 veces el radio del agujero negro. Según la interpretación conjunta, el chorro se origina dentro del flujo interno caliente identificado mediante las mediciones de rayos X, cerca del agujero negro.
Noda, profesor asociado de la Universidad de Tohoku y codirector de la investigación, explicó por qué era importante combinar las observaciones:
«Al observar el mismo agujero negro con radiotelescopios y telescopios de rayos X de última generación, pudimos ver tanto el plasma caliente que lo rodea como el chorro que emerge de él. Esto nos permite relacionar directamente el entorno extremo cerca del agujero negro con la formación del chorro».
Cómo podría la rotación aportar energía al chorro
La explicación que propone el equipo relaciona tres elementos: un agujero negro en rotación, un flujo caliente de plasma entrante y campos magnéticos intensos. El disco exterior más frío aporta materia. Más cerca del agujero negro, el flujo más caliente y grueso ofrece una región donde los campos magnéticos pueden acumularse con mayor facilidad.
Esos campos podrían extraer parte de la energía rotacional del agujero negro y dirigirla hacia una estrecha corriente de plasma. La principal descripción teórica de este proceso se conoce como mecanismo de Blandford-Znajek. En términos sencillos, los campos magnéticos conectan el entorno en rotación cerca del agujero negro con la materia que se acelera hacia el exterior.
Por tanto, el chorro obtiene energía cerca del agujero negro mientras otra materia sigue cayendo hacia el interior. Esto da lugar a dos movimientos relacionados: una entrada de materia y un flujo hacia el exterior que transporta energía a la galaxia que lo rodea.
Para 3C 120, los investigadores proponen que el cambio de un disco exterior delgado a un flujo interno grueso hace compatibles esos movimientos. La estructura exacta del campo magnético y la forma en que la energía rotacional se transfiere al chorro siguen siendo objeto de estudio.
Un cambio estructural relaciona las mediciones
El título del artículo, «La truncación del disco desencadena el lanzamiento de un chorro relativista en un agujero negro supermasivo con una alta tasa de acreción», resume la conexión propuesta. La truncación del disco significa que la parte fría y delgada termina antes de llegar al agujero negro. «Relativista» describe un movimiento tan rápido que la teoría de la relatividad de Einstein es esencial para comprenderlo.
Las mediciones de rayos X ubican el límite interno de ese disco más frío. Las mediciones de radio rastrean el chorro hasta una región situada dentro de él. Consideradas en conjunto, las observaciones ofrecen a los investigadores una explicación espacial de cómo un sistema que se alimenta rápidamente puede mantener condiciones favorables para un chorro potente.
Esto va más allá de constatar que un mismo objeto tiene un disco y un chorro. El estudio relaciona el cambio en la estructura del disco con el lugar donde comienza el chorro, e integra la materia entrante y la saliente en una misma imagen física.
3C 120 resulta especialmente útil porque se alimenta con relativa rapidez. La investigación lo compara con galaxias activas que se alimentan más lentamente, como M87, donde los flujos calientes y gruesos ya han respaldado la explicación magnética de la producción de chorros. El nuevo resultado amplía esa investigación a un entorno de alimentación distinto.
Por qué el resultado importa más allá de una galaxia
Los chorros transportan energía lejos del entorno inmediato de los agujeros negros supermasivos. Cuando interactúan con el gas dentro de las galaxias y a su alrededor, pueden modificar las condiciones en las que se forman las estrellas. Por eso, comprender el motor situado cerca de un agujero negro ayuda a los investigadores a estudiar cambios que ocurren a escalas mucho mayores.
Los hallazgos sobre 3C 120 ofrecen una conexión concreta entre esas escalas: la estructura de la materia entrante podría ayudar a determinar si puede formarse un chorro potente. Un límite cercano al agujero negro podría influir en cómo se distribuye la energía a distancias mucho mayores.
El equipo está realizando nuevas observaciones coordinadas de un agujero negro más masivo con XRISM y observatorios de radio de todo el mundo. Los investigadores también planean comparar las mediciones con modelos teóricos y simulaciones informáticas para comprobar hasta qué punto la geometría propuesta explica el comportamiento de la materia y los campos magnéticos.
Noda describió el objetivo de la próxima etapa:
«Nuestro próximo objetivo es elaborar una imagen más completa de cómo interactúan la materia, los campos magnéticos y la rotación de los agujeros negros en estos entornos extremos. Comprender este proceso también podría ayudarnos a entender mejor cómo los agujeros negros supermasivos influyen en la evolución de las galaxias y de las estructuras más grandes del universo».
Publicación y próximas observaciones
La investigación combina una misión japonesa de rayos X con redes de radiotelescopios distribuidas en varias regiones. Sus mediciones complementarias son fundamentales para el método: los rayos X revelan las condiciones del flujo de acreción, mientras que las observaciones de radio permiten rastrear la estructura del chorro.
La secuencia de publicaciones y el seguimiento previsto son los siguientes:
- 19 de octubre de 2026: The Astrophysical Journal Letters publicó el estudio dirigido por Noda y Hada.
- 20 de octubre de 2026: La Universidad de Tohoku anunció los hallazgos y describió las observaciones combinadas de rayos X y radio.
- Próxima etapa: El equipo realiza observaciones coordinadas de un agujero negro más masivo y compara los resultados con modelos y simulaciones.
El artículo tiene el DOI 10.3847/2041-8213/aeaa2c. Estos datos de publicación también aparecen en el anuncio oficial del estudio. Aplicar el mismo método de observación a otro agujero negro permitirá al equipo examinar si la transición estructural observada en 3C 120 también aparece en otro sistema.
Puntos clave
- XRISM y tres redes de radiotelescopios estudiaron 3C 120, situada a unos 420 millones de años luz.
- El agujero negro de la galaxia tiene una masa equivalente a unos 60 millones de soles y consume materia rápidamente mientras lanza un potente chorro.
- Las mediciones de rayos X indican que el disco frío y delgado termina antes de llegar al agujero negro y da paso a un flujo interno mucho más caliente.
- Las observaciones de radio rastrean el origen del chorro hasta la región ocupada por ese flujo caliente.
- El equipo propone que los campos magnéticos que se acumulan allí pueden aprovechar la energía rotacional del agujero negro para impulsar el chorro.
- Otras observaciones estudiarán un agujero negro más masivo y pondrán a prueba la explicación con modelos teóricos y simulaciones.
