Un cambio en el gas revela la región donde se origina el chorro
Los astrónomos que estudian un agujero negro supermasivo situado a unos 420 millones de años luz de la Tierra han identificado un cambio crucial en el material que cae hacia él: un disco de gas relativamente frío termina a unas 20 veces el radio del agujero negro desde el centro y da paso a plasma calentado a cientos de millones de grados. Un chorro estrecho emerge desde el interior de esa región.
Contenido
- Un cambio en el gas revela la región donde se origina el chorro
- Por qué un agujero negro que absorbe materia plantea un enigma
- Dónde termina el disco más frío
- Dos tipos de luz permiten completar la imagen
- Una red de telescopios que abarca varios continentes
- Del lanzamiento del satélite a la publicación de los resultados
- Por qué la estructura es importante para las galaxias
- Puntos clave
Las observaciones se centran en 3C120, un objeto ubicado en dirección a la constelación de Tauro cuyo agujero negro central tiene una masa equivalente a unas 60 millones de veces la del Sol. Los investigadores combinaron el satélite japonés de astronomía de rayos X XRISM con redes internacionales de radiotelescopios para relacionar la estructura del gas entrante con la región donde toma forma el chorro saliente.
Según el anuncio de la Universidad de Tohoku, el equipo realizó las primeras observaciones simultáneas de esta potente fuente de chorros con XRISM y las redes internacionales de radiotelescopios. Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal Letters el 19 de octubre de 2026, a las 17:00, hora de Japón.
El resultado aborda un interrogante concreto: cómo un agujero negro que absorbe materia con rapidez puede también impulsar una corriente de gas que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz. La configuración recién identificada relaciona una interrupción del disco más frío, un flujo interior extremadamente caliente y el chorro que emerge desde su interior.
Por qué un agujero negro que absorbe materia plantea un enigma
Hirofumi Noda, profesor asociado de la Universidad de Tohoku, y Kazuhiro Hada, profesor asociado de la Universidad Municipal de Nagoya, son los autores de correspondencia del estudio. Su equipo investigó un sistema en el que coexisten una abundante entrada de material y un potente chorro saliente.
Una de las principales explicaciones de estos chorros se basa en la rotación del agujero negro y los campos magnéticos que lo rodean. Según esta hipótesis, los campos magnéticos permiten extraer energía del agujero negro en rotación e impulsar la materia hacia el exterior a una velocidad enorme.
La rápida entrada de materia dificulta esa explicación. Los investigadores han considerado si la gran cantidad de material entrante interfiere con la acumulación de la energía magnética necesaria para mantener un chorro potente. Por tanto, un sistema que recibe abundante materia representa una prueba exigente para el mecanismo propuesto.
3C120 permite a los astrónomos examinar ambos lados del proceso. El material cae hacia el agujero negro central mientras un chorro se lleva parte de la materia y la energía de la región circundante. El estudio relaciona esos procesos mediante la estructura del gas cerca del agujero negro.
Dónde termina el disco más frío
El principal hallazgo del equipo es que el disco relativamente frío termina a una distancia equivalente a unas 20 veces el radio del agujero negro. Más cerca del centro, el material adopta la forma de un flujo de plasma mucho más caliente. Según la universidad, este es el tipo de flujo interior previsto por las teorías que plantean que se extrae energía de un agujero negro en rotación.
Un disco de acreción es una estructura aplanada de material que orbita alrededor de un objeto compacto mientras se desplaza hacia su interior. El término describe cómo se acumula la materia y alimenta al objeto central. En este caso, el aspecto importante es el borde interno del disco: el disco más frío termina antes de llegar al agujero negro, y en el espacio interior hay un tipo distinto de flujo.
En el artículo de investigación, los autores explican que XRISM resolvió una línea de emisión ensanchada del hierro Fe-Kα, cuya forma refleja los efectos del movimiento orbital y del corrimiento gravitacional al rojo. El ajuste de esa forma situó el borde interno del disco a 17,4 radios gravitacionales, con incertidumbres de +6,3 y −6,5 radios gravitacionales al nivel de confianza de 1σ. Un radio gravitacional es una escala de distancia determinada por la masa del agujero negro. Las mediciones anteriores con detectores CCD de rayos X estaban limitadas por su resolución energética, lo que dificultaba distinguir el perfil de la línea del disco de las estrechas líneas de absorción del hierro y del reflejo de material distante.
El plasma es un gas calentado con tal intensidad que los electrones se separan de los átomos y quedan partículas con carga eléctrica. A cientos de millones de grados, el flujo interior es un entorno extremo en el que los campos magnéticos pueden influir en el movimiento de la materia.
Los investigadores también identificaron el chorro que emerge desde el interior de la región delimitada por el borde interno del disco y se estrecha hasta formar una corriente concentrada. Esa relación espacial es el principal vínculo entre el material entrante y el chorro: la transición al plasma caliente ocurre fuera del lugar de donde emerge el chorro.
El argumento del artículo combina esa medición del disco con las imágenes de radio: al prolongar hacia el horizonte del agujero negro el perfil medido del chorro, se obtiene un radio del chorro comparable o inferior al radio de truncamiento del disco. Los autores interpretan esta geometría como evidencia de que el chorro está vinculado a un flujo interior caliente y geométricamente grueso, situado dentro de un disco frío y geométricamente delgado, truncado a unos 20 radios gravitacionales. Ese flujo grueso podría mantener los campos magnéticos de gran escala necesarios para extraer energía de rotación mediante el proceso de Blandford–Znajek, incluso mientras el agujero negro absorbe materia con rapidez. Sin embargo, se trata de un mecanismo posible, no confirmado: la evidencia se refiere a la disposición del disco y el chorro, y no demuestra directamente que el chorro sea impulsado por campos magnéticos.
Dos tipos de luz permiten completar la imagen
XRISM y las redes de radiotelescopios examinan distintas partes de este sistema. Los rayos X contienen información sobre el material energético cerca del agujero negro, mientras que las observaciones de radio revelan la estructura del chorro. Al combinar las mediciones, los investigadores pueden comparar la región de entrada de materia con el flujo saliente.
XRISM son las siglas de Misión de Imagen y Espectroscopia de Rayos X. La Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) lideró su desarrollo junto con la NASA, la Agencia Espacial Europea, universidades e instituciones de investigación. Sus detectores distinguen las energías de los rayos X con gran precisión, lo que ayuda a los astrónomos a investigar las condiciones físicas del material distante.
La espectroscopia separa la luz según su energía o longitud de onda. Así como la luz visible contiene distintos colores, los rayos X abarcan diferentes energías. Medir esas diferencias aporta a los investigadores información que una imagen corriente no puede mostrar.
Las redes de radio aportan un nivel de detalle excepcional. Combinan observaciones de telescopios separados por grandes distancias y producen una capacidad de resolución comparable a la de un telescopio del tamaño aproximado de la Tierra. La resolución es la capacidad de distinguir elementos cercanos en vez de fundirlos en un solo punto indistinto.
La campaña de observación coordinada reunió mediciones tomadas en fechas distintas, no todas exactamente al mismo tiempo. XRISM observó 3C120 del 19 al 24 de marzo de 2025, según el tiempo universal coordinado (UTC), y acumuló aproximadamente 200 kilosegundos de exposición neta, es decir, unas 56 horas. El GMVA observó de forma continua a 86 GHz durante 20 horas, desde las 9:00 UTC del 26 de abril hasta las 5:00 UTC del 27 de abril de 2025. Las observaciones de la EAVN a 22 GHz tuvieron lugar el 23 de abril de 2025, mientras que los conjuntos de datos del VLBA incluyen sesiones de observación en febrero, marzo, abril y junio de 2025.
Una red de telescopios que abarca varios continentes
Las observaciones de radio utilizaron tres redes que operan en distintas longitudes de onda. Cada una aportó una configuración diferente de observatorios, lo que permitió ampliar el estudio más allá de lo que podría ofrecer un solo telescopio o una sola banda de observación.
- El Global Millimeter VLBI Array, o GMVA, utilizó 18 estaciones en Estados Unidos, Europa, Chile, Corea del Sur y Groenlandia, con observaciones a una longitud de onda de 3 milímetros.
- El Very Long Baseline Array, o VLBA, utilizó 10 estaciones en Estados Unidos, con observaciones a longitudes de onda de 7 milímetros y 2 centímetros.
- La Red VLBI de Asia Oriental, o EAVN, utilizó 10 estaciones en Japón, Corea del Sur y China, con observaciones a una longitud de onda de 1 centímetro.
VLBI significa interferometría de muy larga base. Es la técnica que combina señales de radiotelescopios muy distantes para que los investigadores puedan reconstruir estructuras muy pequeñas en el cielo. La distancia entre los observatorios ayuda a determinar cuán pequeños pueden ser los detalles que la red logra distinguir.
Las tres configuraciones incluyen 18, 10 y 10 estaciones participantes, respectivamente. Su contribución se entiende mejor a partir de su alcance geográfico y sus distintas longitudes de onda de observación, que permiten integrar varias perspectivas de radio en el estudio de 3C120.
Del lanzamiento del satélite a la publicación de los resultados
XRISM llegó a órbita unos tres años antes del estudio. La misión permitió a los investigadores acceder a mediciones precisas de rayos X que podían combinarse con las redes internacionales de radio ya existentes.
- 7 de septiembre de 2023: XRISM fue lanzado a bordo del cohete H-IIA número 47.
- 19 de octubre de 2026: La investigación se publicó en The Astrophysical Journal Letters a las 17:00, hora de Japón.
- 20 de octubre de 2026: La Universidad de Tohoku publicó un anuncio en el que describió el borde del disco, el flujo de plasma caliente y la estructura del chorro.
El artículo se titula «El truncamiento del disco desencadena el lanzamiento de chorros relativistas en un agujero negro supermasivo con alta acreción». En términos sencillos, el título relaciona el final del disco más frío con el lanzamiento, desde un agujero negro que recibe grandes cantidades de material, de un chorro que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz.
Por qué la estructura es importante para las galaxias
Los chorros de los agujeros negros supermasivos desempeñan un papel importante en la formación y evolución de las galaxias porque transportan energía fuera de la región central. Por ello, comprender cómo inicia su recorrido hacia el exterior esa energía forma parte de entender cómo el agujero negro central de una galaxia afecta a su entorno.
Las observaciones de 3C120 permiten concretar la cuestión en una disposición específica de la materia. El disco más frío termina a unas 20 veces el radio del agujero negro, un flujo de plasma ocupa la región interior y un chorro emerge desde su interior. Los investigadores pueden utilizar esa disposición para poner a prueba cálculos sobre cómo los campos magnéticos y la rotación impulsan el flujo saliente.
El hallazgo también relaciona dos extremos que a menudo se describen por separado: un agujero negro que consume materia y un chorro que la expulsa. En este sistema, la transición entre el gas más frío y el plasma intensamente caliente constituye un vínculo físico entre ambos procesos.
La Universidad de Tohoku describe el resultado como un avance hacia la comprensión de cómo la rotación de los agujeros negros impulsa los chorros. La tarea pendiente es determinar el mecanismo en detalle, incluido el modo en que los campos magnéticos interactúan con el flujo interior caliente para transferir energía a la corriente que escapa.
Puntos clave
- El agujero negro central de 3C120 tiene una masa equivalente a unas 60 millones de veces la del Sol y se encuentra a unos 420 millones de años luz, en dirección a Tauro.
- Un disco de gas relativamente frío termina a unas 20 veces el radio del agujero negro desde el centro y da paso a plasma a cientos de millones de grados.
- Un chorro estrecho emerge desde el interior de esa región, de acuerdo con la disposición espacial prevista por la teoría analizada por los investigadores. La evidencia geométrica respalda la posibilidad de un proceso de Blandford–Znajek, pero no demuestra directamente que el chorro sea impulsado por campos magnéticos.
- El equipo combinó observaciones de XRISM del 19 al 24 de marzo de 2025, con aproximadamente 200 kilosegundos de exposición neta, y observaciones de radio coordinadas entre febrero y junio de 2025, incluida una observación continua de 20 horas del GMVA entre el 26 y el 27 de abril.
- Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal Letters el 19 de octubre de 2026.
