Los astrónomos finalmente podrían tener las pruebas de un caso sin resolver cósmico: por qué las galaxias más grandes del universo carecen de tantas estrellas. Nuevos datos de la Misión de Imágenes y Espectroscopía de Rayos X (XRISM) sugieren que los agujeros negros supermasivos son los culpables, arrasando con el gas necesario para formar estrellas.

Los modelos actuales predicen que las galaxias más masivas deberían estar repletas de masa estelar, pero las observaciones muestran un déficit significativo. Xin "Cindy" Xiang, estudiante de doctorado de la Universidad de Míchigan, utilizó datos de XRISM para investigar una explicación principal y encontró evidencia que apunta directamente a los agujeros negros.

La mayoría de la gente conoce los agujeros negros como objetos cuya gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Sin embargo, los agujeros negros también pueden crear regiones extremadamente brillantes a su alrededor. A medida que el gas y el polvo espirales hacia adentro, forman un disco de acreción que emite enormes cantidades de energía, incluidos potentes rayos X.

Los discos de acreción se encuentran entre los entornos más energéticos del universo. El material que cae hacia el agujero negro se calienta por gravedad y fricción hasta convertirse en un plasma intensamente caliente. Al mismo tiempo, el disco puede lanzar potentes flujos de materia.

Estos vientos pueden ser lo suficientemente fuertes como para barrer el gas de una galaxia. Debido a que el gas es la materia prima necesaria para formar nuevas estrellas, tales flujos podrían reducir significativamente la formación estelar futura.

Los datos de XRISM respaldan esa posibilidad. La misión está liderada por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial en asociación con la NASA y la Agencia Espacial Europea.

"Anteriormente, sin XRISM, solo podíamos ver características amplias de los flujos", dijo Xiang. "Pero necesitas poder resolver características finas para responder preguntas importantes. ¿Cuál es su estructura y geometría? ¿Cómo se lanzan los vientos y cuándo se lanzan?"

Lanzado en 2023, XRISM comenzó observaciones científicas en otoño de 2024. Su resolución energética es aproximadamente 10 veces mejor que la de su predecesor, lo que permite a los astrónomos examinar entornos de agujeros negros con mucho más detalle.

Xiang y sus colaboradores se han centrado en NGC 4151, una galaxia brillante ubicada a poco más de 50 millones de años luz de la Tierra. En su centro hay un núcleo galáctico activo (AGN), donde un agujero negro supermasivo está consumiendo activamente material y generando un disco de acreción luminoso. Esto convierte a NGC 4151 en un laboratorio ideal para estudiar flujos impulsados por agujeros negros.

"Con XRISM, tenemos la mayor resolución observando el AGN más brillante y estamos obteniendo la información más rica sobre flujos que hemos observado hasta ahora para un disco de acreción", dijo Xiang.

Trabajando junto al profesor de astronomía de la Universidad de Míchigan, Jon Miller, Xiang demostró anteriormente que los vientos del disco de acreción de NGC 4151 pueden alcanzar velocidades lo suficientemente altas como para expulsar material del sistema. También identificó el mecanismo probable que impulsa estos flujos: la impulsión magnetocentrífuga, similar a lo que desencadena las erupciones solares.

En la 248ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Pasadena, California, Xiang presentó un nuevo método para determinar cuándo están activos los poderosos vientos de NGC 4151. El enfoque podría ayudar a los investigadores a identificar flujos similares en otras galaxias y mejorar la comprensión de los AGN en todo el universo.

Debido a que los vientos de los AGN pueden cambiar drásticamente con el tiempo, Xiang necesitaba una forma de identificar cuándo ocurrían los flujos más rápidos y fuertes. Para ello, analizó cientos de días de observaciones de XRISM de NGC 4151.

Su trabajo se centró en períodos en los que la producción de rayos X de la galaxia se iluminaba en llamaradas y en cómo evolucionaba la señal de rayos X en las horas posteriores.

Además de medir el brillo, Xiang estudió si los rayos X detectados eran relativamente duros o blandos, una propiedad comparable al color en la luz visible. Combinó estas mediciones en una nueva métrica llamada índice de intensidad de color. Miller sugirió acortar el nombre a "cindicidad".

"En parte porque mi nombre es Cindy", dijo Xiang. "Pero la idea es que, en el futuro, podrías decirme la cindicidad de tu fuente en este momento".