Descubren agujeros negros dormidos que se despiertan para devorar estrellas en galaxias polvorientas

Ocultos tras densas nubes de polvo, algunos agujeros negros dormidos se espabilan para devorar estrellas enteras como si se tratara de galletas. Gracias al telescopio espacial James Webb, los astrónomos han logrado observar por primera vez estos banquetes cósmicos invisibles hasta ahora.

Por Enrique Coperías

Representación artística de un agujero negro dormido despertando para devorar una estrella: la intensa gravedad desgarra la estrella y se forma un disco de acreción brillante y emitiendo radiación infrarroja que, por primera vez, ha sido captada por el telescopio espacial James Webb en galaxias ricas en polvo. Imagen generada con DALL-E

Un equipo de astrónomos del Instituto tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Columbia y otras instituciones ha logrado una hazaña sin precedentes: utilizar el telescopio espacial James Webb para observar directamente cómo agujeros negros hasta ahora inactivos despiertan brevemente para zamparse una estrella. Los científicos lo consiguieron mirando a través del polvo cósmico que durante décadas había corrido un tupido velo sobre estos fenómenos para nuestros ojos.

El hallazgo, publicado recientemente en The Astrophysical Journal Letters, representa la primera vez que se observan en detalle eventos de disrupción por marea (TDE) en el infrarrojo medio. Estos sucesos ocurren cuando una estrella insensata se aproxima demasiado al agujero negro supermasivo ubicado en el centro de una galaxia y es desgarrada por las fuerzas gravitacionales extremas de aquel. Parte de sus restos cae hacia el agujero negro, lo que desata un espectacular estallido de energía.

Desde los años noventa hasta hoy, los astrónomos han sido testigos de más de un centenar de eventos de disrupción por marea, pero casi siempre en longitudes de onda visibles o de rayos X, y en galaxias relativamente limpias, es decir, con poca presencia de polvo. Sin embargo, las observaciones del James Webb han abierto una ventana completamente nueva: la posibilidad de detectar TDE ocultos en galaxias polvorientas, hasta ahora invisibles para los telescopios tradicionales.

Un universo de monstruos ocultos

«El hecho de que ahora podamos estudiar el entorno de los agujeros negros dormidos es un aspecto muy emocionante —afirma Megan Masterson, autora principal del estudio y estudiante de doctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, en un comunicado de esta institución. Y añade—: Estas son las primeras observaciones del JWST de eventos de disrupción por marea, y no se parecen en nada a lo que habíamos visto con anterioridad».

Junto con otros miembros del equipo, como Kishalay De, de la Universidad de Columbia; y Christos Panagiotou, Erin Kara y Anna-Christina Eilers, del MIT, Masterson ha sido pionera en utilizar instrumentos infrarrojos para detectar eventos de disrupción por marea ocultos.

En trabajos previos, su equipo ya había analizado datos de la misión NEOWISE, un telescopio espacial de la NASA que lleva más de una década midiendo el cielo en el infrarrojo. Utilizando un algoritmo diseñado por De, lograron identificar una docena de señales que se asemejaban a posibles TDE en galaxias inactivas.

«Gracias a ese estudio encontramos doce fuentes que parecían eventos de disrupción por marea —explica Masterson—. Argumentamos que las señales eran muy energéticas y que las galaxias no mostraban signos de actividad previa, así que debían ser el resultado de una disrupción estelar repentina. Pero nos faltaban pruebas directas».

Por qué el James Webb es clave para detectar TDE ocultos

Ahí es donde entra en juego el James Webb, el telescopio infrarrojo más potente construido hasta la fecha. Equipado con el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument), el James Webb permite no solo detectar la intensidad de la radiación infrarroja, sino analizarla con una resolución sin precedentes. A diferencia de NEOWISE, que se limita a dos bandas, el James Webb puede «ver el arcoíris completo» del infrarrojo, como le gusta decir a Masterson.

Esto permitió a los científicos identificar líneas espectrales claves: emisiones en longitudes de onda específicas asociadas a átomos ionizados por la intensa radiación de acreción del agujero negro. En particular, el telescopio detectó una señal muy específica en el infrarrojo —la llamada línea de emisión del neón altamente ionizado ([Ne VI]) a 7,65 micrones— que solo puede generarse cuando una enorme cantidad de energía está arrancando electrones de los átomos. Esa energía proviene del proceso de acreción, esto es, el momento en que la materia estelar cae hacia el agujero negro. Detectar esta línea es una prueba directa de que el agujero negro está devorando material.

«No hay nada en el universo que pueda excitar este gas a esas energías, salvo la acreción en un agujero negro», subraya Masterson.

En las cuatro galaxias seleccionadas —elegidas por su similitud con los mejores candidatos de TDE en los datos de NEOWISE— el James Webb detectó inequívocamente este tipo de emisiones. Entre ellas se encuentra el evento de disrupción estelar más cercano jamás detectado, a solo 130 millones de años luz de la Tierra.

Una diferencia fundamental: agujeros negros dormidos

Confirmada la acreción, quedaba una pregunta importante en el aire: ¿estos agujeros negros están siempre activos, como los de los núcleos galácticos activos o, por el contrario, estaban dormidos hasta que una estrella los perturbó?

Para resolverlo, el equipo se centró en el polvo circundante, en concreto en las emisiones de silicato, que actúan como una huella digital del entorno que rodea al agujero negro. Descubrieron que las señales de silicato en estos eventos eran mucho más intensas y limpias que en los AGN típicos, donde el polvo suele formar estructuras toroidales densas y caóticas.

En cambio, en los TDE observados por JWST, el polvo era más tenue y distribuido de manera distinta, una evidencia clara de que el agujero negro había estado inactivo... hasta ahora.

«Juntas, estas observaciones indican que lo único que podrían ser estas llamaradas son eventos de disrupción por marea», afirma Masterson.

Astrónomos del MIT, la Universidad de Columbia y otras instituciones han utilizado el telescopio espacial James Webb de la NASA para atravesar el polvo de galaxias cercanas y observar las secuelas del festín estelar de un agujero negro. Créditos: NRAO/AUI/NSF/NASA

El eco térmico del polvo, una nueva herramienta para estudiar agujeros negros

Cuando una estrella es devorada por un agujero negro, parte de la energía se transforma en radiación ultravioleta y rayos X, pero en entornos polvorientos esa luz queda bloqueada. Lo que sí se libera es calor, que calienta el polvo y genera un eco térmico que brilla en infrarrojo durante años, incluso décadas. Es este eco el que el James Webb ha captado con nitidez.

El equipo modeló este fenómeno utilizando un marco teórico conocido como emisión ópticamente delgada, es decir, en el que el polvo no es lo suficientemente denso como para absorber su propia radiación. Este modelo explica tanto las líneas de emisión como los picos de silicato alrededor de los 10 y 18 micrones.

Además, los astrónomos observaron un exceso de radiación en longitudes de onda cortas, en concreto, menores de 8 micrones, que no puede explicarse solo con polvo de silicato. La explicación propuesta: polvo de grafito más resistente, con granos más grandes, que puede sobrevivir más cerca del agujero negro y brillar con fuerza tras la disrupción.

El problema de la energía perdida en los TDE

«La ingestión de materia estelar por parte del agujero negro no es instantánea —explica Masterson—. Esperamos que este proceso nos permita estudiar cuánto tarda exactamente y cómo evoluciona el entorno con el tiempo».

Este seguimiento es fundamental para resolver uno de los mayores enigmas sobre los TDE: el problema de la energía perdida. En teoría, la materia estelar debería liberar enormes cantidades de energía al ser engullida. Sin embargo, en la mayoría de los casos observados hasta ahora, sólo se ha detectado una fracción ínfima. Los datos del James Webb podrían revelar si esta energía se disipa en el infrarrojo o se libera en etapas posteriores.

El hecho de que los cuatro eventos observados presenten características tan similares —a pesar de ser muy diferentes en sus firmas ópticas o de rayos X— sugiere que estamos ante un nuevo tipo de fenómeno sistemático. Uno que, gracias al telescopio de la NASA, ya no está oculto.

El futuro de la arqueología estelar

Para Masterson y su equipo, este estudio no solo confirma que los TDE pueden detectarse en el infrarrojo, sino que abre la puerta a una verdadera arqueología cósmica: buscar huellas de disrupciones estelares ocurridas décadas atrás, en el polvo más alejado del núcleo galáctico.

Las misiones futuras, como la NEOSurveyor, la SPHEREx y el telescopio Nancy Grace Roman, ofrecerán observaciones infrarrojas de amplio campo y alta cadencia, ideales para capturar estos ecos térmicos en diferentes etapas. Como apunta Masterson, «con suficientes detecciones, los eventos de disrupción por marea podrían convertirse en herramientas para medir propiedades fundamentales de los agujeros negros, como su masa y velocidad de rotación”.

La astronomía del siglo XXI se define cada vez más por su capacidad de ver lo que antes era invisible. Gracias al JWST, los monstruos dormidos del cosmos ya no pueden esconderse.▪️

• Información facilitada por MIT News

• Fuente: Megan Masterson, Kishalay De, Christos Panagiotou, Erin Kara, Wenbin Lu, Anna-Christina Eilers, Muryel Guolo, Armin Rest, Claudio Ricci, and Sjoert van Velzen. JWST’s First View of Tidal Disruption Events: Compact, Accretion-driven Emission Lines and Strong Silicate Emission in an Infrared-selected Sample. The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ade153