Detecten per primera vegada vents ultraràpids de forats negres en una galàxia ‘morta’

Els forats negres supermassius es troben al centre de la majoria de les galàxies. En acumular matèria, són capaços de generar forts vents que poden escalfar o eliminar el gas necessari per a la formació d’estrelles, cosa que influeix en l’evolució de les seves galàxies amfitriones. Un equip liderat per investigadors de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) ha detectat per primer cop un vent ultraràpid en una galàxia propera a la Via Làctia que va deixar de formar estrelles fa uns nou mil milions d’anys. Els resultats han estat publicats a la revista Astronomy & Astrophysics.

Els vents que es mouen a més de 10 000 km/s es coneixen com a ‘fluxos ultraràpids’. S’originen molt a prop de forats negres supermassius que s’alimenten activament i poden transportar prou energia perquè afecti el gas a partir del qual es formen les estrelles. Fins ara, aquests vents s’havien trobat gairebé exclusivament en galàxies actives que encara estaven formant estrelles o que estaven en procés de deixar de formar-ne.

No obstant això, la galàxia estudiada, anomenada KUG 1208+386, és fonamentalment diferent. La població estel·lar indica que va deixar de formar estrelles fa uns nou mil milions d’anys, però el seu forat negre central roman actiu i emet un vent a aproximadament el 7% de la velocitat de la llum, uns 21 000 km/s. A aquesta velocitat, el vent viatja més de 200 000 vegades més ràpid que un cotxe de Fórmula 1 a màxima velocitat i podria rodejar la Terra en menys de dos segons. A més, les observacions de raigs X revelen material dens al voltant del forat negre, cosa que demostra que un entorn ric en gas pot sobreviure al nucli d’una galàxia aparentment ‘morta’.

«El que ens va sorprendre va ser el fort contrast entre la galàxia i el seu nucli. La galàxia ha estat inactiva durant milers de milions d’anys, però el seu forat negre central continua acumulant material i generant un fort vent», afirma Yerong Xu, primer autor i investigador postdoctoral de l’IEEC a l’ICE-CSIC. «Això demostra que una galàxia pot semblar ‘morta’ a grans escales, mentre que al seu centre roman extraordinàriament activa», afegeix.

El vent ultraràpid es va detectar amb observacions de raigs X d’arxiu obtingudes amb l’observatori XMM-Newton de l’Agència Espacial Europea (ESA) el 2009 i l’observatori NuSTAR de la NASA el 2019, combinades amb espectres òptics obtinguts pel Dark Energy Spectroscopic Instrument —en el qual participa l’IEEC— el 2022 i publicats com a part de la publicació de dades ‘DESI Data Release 1’.

«El descobriment de fluxos de sortida ultraràpids en una galàxia quiescent desafia la convenció que aquests vents són exclusius de galàxies riques en gas o amb formació estel·lar activa. Tant el descobriment d’una galàxia quiescent global com el d’una regió nuclear rica en gas impliquen que no estan directament relacionats amb les propietats de la galàxia, sinó que en depenen més de l’entorn nuclear», afirma Mar Mezcua, investigadora de l’IEEC a l’ICE-CSIC.

Generalment, es considera que els forats negres poden influir a les seves galàxies de dues maneres. Durant fases d’acreció intenses, la radiació i els vents poden escalfar o eliminar gas, reprimint així la formació estel·lar. En galàxies que ja es troben inactives, se sol pensar que els dolls de ràdio proporcionen una retroalimentació ‘de manteniment’ més duradora en impedir que el gas es refredi i formi noves estrelles. Aquest descobriment planteja la possibilitat que els vents dels forats negres també contribueixin a aquesta fase de manteniment.

«Els nostres resultats apunten a una possible forma de retroalimentació de manteniment impulsada pel vent», afirma Víctor Rodríguez, investigador predoctoral de l’ICE-CSIC. «En comptes d’aturar la formació estel·lar, aquests vents podrien ajudar que una galàxia ja inactiva romangui inactiva impedint que el gas es refredi i formi noves estrelles de nou».

Aquest estudi amplia la nostra comprensió de com les galàxies deixen de formar estrelles i es mantenen inactives durant milers de milions d’anys, una de les qüestions centrals de l’astrofísica moderna.

El pas següent consisteix a determinar si KUG 1208+386 és un cas excepcional o forma part d’una població més gran de galàxies quiescents amb potents vents de forats negres. Estudiant més galàxies amb fluxos de sortida ultraràpids, es vol comprendre quines condicions físiques afavoreixen que sorgeixin aquests vents i si les propietats de la galàxia amfitriona poden influir en les seves característiques.