El James Webb descubre un posible agujero negro supermasivo oculto en la cercana galaxia espiral M83
El corazón de M83 rompe su silencio cósmico: el telescopio James Webb alerta a los astrónomos de la posible presencia de un agujero negro activo escondido entre el polvo y las estrellas jóvenes de una galaxia hasta ahora considerada tranquila.
Por Enrique Coperías
La galaxia espiral barrada Messier 83 (M83), captada con impresionante detalle por el Telescopio Espacial James Webb (NASA/ESA/CSA) mediante su instrumento MIRI. Gracias a nuevos datos en el infrarrojo medio, esta imagen ha sido clave para revelar indicios de un núcleo galáctico activo oculto en su interior. Cortesía: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Adamo (Stockholm University) and the FEAST JWST team
Durante décadas, la galaxia espiral M83, también conocida como la galaxia del Molinillo Austral, en la constelación de Hydra, ha sido objeto de estudio por parte de astrónomos fascinados por su intensa formación estelar.
Clasificada como una galaxia starburst, su núcleo emite una gran cantidad de luz producida por las estrellas jóvenes que allí viven. Sin embargo, y pese a que muchas galaxias espirales masivas contienen en su centro un agujero negro supermasivo activo, en M83 nunca se había encontrado evidencia sólida de tal fenómeno. Hasta ahora.
Gracias a la sensibilidad sin precedentes del telescopio espacial James Webb (JWST), un equipo internacional de astrónomos ha descubierto señales claras que podrían indicar la presencia de un núcleo galáctico activo, es decir, un agujero negro supermasivo que está acumulando materia y generando energía intensa, aunque muy escondida tras nubes de polvo y gas.
El hallazgo que lo cambió todo
«Antes del James Webb, simplemente no teníamos las herramientas para detectar firmas de gas tan débiles y altamente ionizadas en el núcleo de M83 —explica Svea Hernández, investigadora principal del nuevo estudio con AURA para la Agencia Espacial Europea en el Space Telescope Science Institute de Baltimore (Estados Unidos). Y añade—: Ahora, con su increíble sensibilidad en el infrarrojo medio, finalmente podemos explorar estas profundidades ocultas de la galaxia y descubrir lo que antes era invisible”.
El equipo detectó por primera vez emisiones de [Ne V] (neón cinco veces ionizado) a 14,3 micras y de [Ne VI] (neón seis veces ionizado) a 7,7 micras en el núcleo de M83. Estos elementos altamente ionizados requieren una enorme cantidad de energía para formarse, mucho más de la que puede producir una estrella, incluso una muy caliente.
«Estas firmas requieren grandes cantidades de energía para producirse, más de lo que las estrellas normales pueden generar —dice Hernández en una nota de prensa de la Agencia Espacial Europea (EA). Y añade—: Esto sugiere fuertemente la presencia de un núcleo galáctico activo que ha sido esquivo hasta ahora».
¿Qué puede causar tanta energía?
El James Webb, observando la M83 en el infrarrojo medio con su instrumento MIRI (del inglés Mid-Infrarred Instrument), fue capaz de penetrar el polvo que oscurece el núcleo galáctico. Lo que encontró fue sorprendente: pequeñas estructuras compactas que brillaban con emisiones de neón altamente ionizado.
De forma particular, detectó una fuente de [Ne VI] a 140 parsecs (unos 450 años luz) del núcleo óptico visible, con un tamaño no mayor a 18 parsecs. Esta fuente no solo es extremadamente energética, sino que está desplazada del centro visible de la galaxia, lo que hace pensar que la fuente de ionización está concentrada y localizada.
El equipo barajó tres hipótesis para explicar la emisión observada: estrellas masivas, choques de alta velocidad y un núcleo galáctico activo. Sin embargo, las dos primeras posibilidades pronto empezaron a flaquear.
Aunque las estrellas jóvenes pueden emitir fotones energéticos, la energía requerida para ionizar el neón a los niveles observados es tan alta que solo podría provenir de fuentes más extremas. Además, estudios previos ya han demostrado que incluso en galaxias con baja metalicidad —donde las estrellas pueden ser más calientes— no se produce suficiente radiación como para generar [Ne V] o [Ne VI] de forma significativa.
Un núcleo galáctico activo oculto, la hipótesis más sólida
El segundo escenario posible, el de los choques radiativos, tampoco se ajusta bien. Los investigadores exploraron modelos en los que ondas de choque —producidas por supernovas o vientos estelares— calientan e ionizan el gas. Aunque algunos modelos podían reproducir la emisión observada, requerían condiciones inusuales: velocidades de choque extremadamente altas (225–250 km/s) y densidades preshock —densidad del medio interestelar antes de ser perturbado por el fenómeno violento que genera el choque— inusualmente bajas.
Además, no hay restos de supernovas ni fuentes de energía conocidas en la región donde se detectó la línea de [Ne VI].
Ante la dificultad de explicar la emisión mediante procesos estelares, el equipo recurrió a modelos de fotoionización generados por un núcleo galáctico activo. Utilizando el software de simulación CLOUDY, construyeron un modelo de dos zonas: una primera capa de gas expuesta directamente a la intensa radiación (zona de alta ionización) y una segunda capa más densa que captura la radiación residual (zona de baja ionización).
La validación de otros telescopios
Los resultados fueron concluyentes: con los parámetros adecuados, el modelo podía reproducir con gran fidelidad las proporciones entre las diferentes líneas de emisión observadas. Es decir, la emisión detectada podría explicarse como el resultado de una nube de gas iluminada por el cono de radiación de un agujero negro supermasivo activo, aunque débil y parcialmente oculto.
«Este descubrimiento muestra cómo el James Webb está logrando avances inesperados —dice Linda Smith, coautora del estudio. Y añade—: Los astrónomos pensaban que habían descartado un núcleo galáctico activo en M83, pero ahora tenemos nueva evidencia que desafía las suposiciones pasadas y abre nuevas vías de exploración».
Los investigadores enfatizan en que, aunque los resultados apuntan fuertemente hacia un núcleo galáctico activo, aún es necesario realizar observaciones adicionales para confirmar esta hipótesis. En particular, están previstos nuevos estudios con telescopios complementarios como el Hubble, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Very Large Telescope (VLT).
Estas observaciones permitirán estudiar en mayor detalle la cinemática del gas, su composición química y, quizá, detectar directamente la firma de un agujero negro activo.
Un nuevo paradigma para las galaxias «tranquilas»
En paralelo, el equipo también cruzó los datos obtenidos por el James Webb con catálogos de emisiones en rayos X, que a menudo delatan la presencia de agujeros negros activos. Solo encontraron una fuente coincidente en el núcleo óptico de M83, ya conocida, que podría ser un agujero negro supermasivo o una binaria de rayos X.
Sin embargo, ninguna fuente X coincide con la posición del [Ne VI] detectado, lo que refuerza la idea de que se trata de un núcleo galáctico activo muy débil o muy enmascarado por el polvo.
«El James Webb está revolucionando nuestra comprensión de las galaxias —recalca Smith. Y añade—: Durante años, los astrónomos han buscado un agujero negro en M83 sin éxito. Ahora, finalmente tenemos una pista convincente que sugiere que uno puede estar presente».
Una explosión de nacimientos
Este descubrimiento no solo desafía lo que sabíamos sobre la galaxia del Molinillo Austral, sino que también tiene implicaciones más amplias. Muchas galaxias clasificadas como starburst podrían en realidad albergar núcleo galácticos activos ocultos. Las galaxias starburst son galaxias que están formando estrellas a un ritmo mucho más alto de lo normal, en un período corto de tiempo, astronómicamente hablando. Es como si estuvieran en una explosión de nacimiento estelar.
Hasta ahora, las herramientas disponibles no eran lo suficientemente sensibles como para detectarlos, pero el James Webb ha abierto una nueva ventana de posibilidades.
«Estamos entrando en una era en la que lo invisible se vuelve visible —afirma Hernández. Y concluye—: Lo que antes pensábamos que eran galaxias puramente estelares podrían ser, en realidad, escenarios mixtos donde el nacimiento de estrellas y la actividad de agujeros negros coexisten». ▪️
Información facilitada por la ESA
Fuente: Svea Hernandez et al. JWST/MIRI Detection of [Ne v] and [Ne vi] in M83: Evidence for the Long Sought-after Active Galactic Nucleus? The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adba5d
