El telescopio espacial James Webb detectó gas metálico junto al agujero negro de la Vía Láctea: qué revela sobre su actividad

En el centro de la Vía Láctea, a unos 26.000 años luz de la Tierra, existe un entorno extremo donde estrellas, polvo y nubes de gas orbitan alrededor de un agujero negro supermasivo.

Allí, el Telescopio Espacial James Webb identificó una señal relevante para entender la historia de nuestra galaxia: el gas que rodea a Sagitario A* contiene una alta proporción de elementos más pesados que el helio. La medición aporta datos sobre el origen de ese material, sobre la baja actividad del agujero negro central y sobre los procesos que distribuyen los componentes químicos necesarios para formar planetas.

El hallazgo surgió de un análisis dirigido por investigadores del Instituto Espacial Trottier de la Universidad McGill. El equipo utilizó la visión infrarroja del Webb para separar las emisiones de distintas nubes que giran cerca del agujero negro Sagitario A*, conocido como Sgr A*.

Esa precisión permitió estudiar el contenido de cada región gaseosa, una tarea difícil desde telescopios anteriores por el polvo y la concentración de objetos en el núcleo galáctico.

En lenguaje astronómico, un metal no equivale solo a hierro, oro o cobre. El término engloba todo elemento con una masa superior a la del hidrógeno y el helio. Carbono, oxígeno, silicio y hierro forman parte de esa categoría. Esos elementos alteran la manera en que una nube gaseosa pierde calor, se comprime y responde a la atracción gravitatoria. Por eso, conocer su abundancia permite reconstruir parte de la dinámica alrededor de un agujero negro.

Los datos indican que el gas cercano a Sgr A* posee una composición parecida a la de numerosas estrellas que recorren órbitas en la misma zona. Esa coincidencia apunta a un origen compartido o a una evolución estrechamente ligada entre ambos componentes. Las explosiones de estrellas masivas, conocidas como supernovas, figuran entre las fuentes posibles de ese enriquecimiento químico. Cada explosión expulsa al espacio elementos producidos dentro de la estrella y modifica las nubes vecinas.

El resultado ofrece una ventana local a un fenómeno que también ocurre en núcleos de galaxias lejanas. La cercanía relativa del centro galáctico vuelve a Sgr A* un laboratorio excepcional.

Otros agujeros negros supermasivos se encuentran a distancias mucho mayores, por lo que sus regiones internas aparecen mezcladas dentro de una misma señal. En cambio, el Webb puede distinguir estructuras separadas en torno al objeto central de la Vía Láctea.

La composición del gas ayuda a explicar la baja alimentación de Sagitario A*

La riqueza metálica del gas no resuelve por sí sola un misterio que persiste desde hace décadas, pero agrega una variable decisiva. Sgr A* posee una masa cercana a cuatro millones de veces la del Sol y atrae materia de su entorno. Sin embargo, su consumo resulta muy inferior al de otros agujeros negros supermasivos. Su emisión actual también es débil si se compara con los núcleos activos de galaxias distantes.

“Sabemos que hay un agujero negro en el centro de nuestra galaxia que atrae material hacia sí mismo, pero vemos que está consumiendo mucho menos material que otros agujeros negros supermasivos, y más lentamente”, dijo Nicole Ford, estudiante de doctorado del grupo de investigación del profesor Daryl Haggard, en el Departamento de Física de McGill y autora principal del trabajo publicado en The Astronomical Journal.

La explicación requiere observar qué clase de materia queda disponible para la captura gravitatoria. Gas, polvo y estrellas circulan bajo condiciones distintas, con velocidades, temperaturas y composiciones particulares. Los metales cambian la eficiencia con la que el gas se enfría. Un gas que pierde energía puede condensarse con mayor facilidad, aunque otros factores, como los campos magnéticos, la radiación y la turbulencia, pueden impedir que ese material alcance el horizonte de sucesos.

“Para comprender por qué está sucediendo esto, es necesario analizar las propiedades de los materiales disponibles para que los consuma, incluyendo el gas, el polvo y las estrellas que orbitan a su alrededor.” La investigación se enfoca precisamente en ese inventario químico y físico. Antes de calcular cuánta materia cae en el agujero negro, los astrónomos necesitan saber de qué está hecha y cómo se mueve.

El instrumento infrarrojo del Webb resultó clave porque la luz visible no atraviesa con facilidad las densas capas de polvo entre la Tierra y el centro de la galaxia. Sus observaciones cubren una amplia franja de longitudes de onda y ofrecen una resolución espacial y espectral suficiente para separar las huellas térmicas de varias nubes. Cada elemento deja líneas características en la luz que emite o absorbe, como una firma química que permite estimar su presencia.

La investigación también dialoga con otro análisis del mismo entorno, dirigido por Mayura Balakrishnan, becaria posdoctoral Banting. Ese estudio buscó rastros de explosiones energéticas previas del agujero negro. Sus resultados mostraron que las emisiones de gas dependen con fuerza de las condiciones locales. Por esa razón, las nubes cercanas no conservan un registro simple y directo de antiguos episodios de actividad.

Ese trabajo no descarta que Sgr A* atravesara fases más intensas en el pasado. Sí establece un límite para las conclusiones que los especialistas pueden extraer a partir del gas actual. El brillo, la densidad y la composición de una nube reflejan fenómenos cercanos que pueden ocultar las marcas de una erupción anterior. La nueva medición de metales suma información para separar esas influencias y afinar los modelos físicos.

Ford planteó que el próximo paso exige comparar las observaciones con simulaciones de larga duración. Esos modelos deberán representar cómo cambian las nubes, cómo reciben material de estrellas cercanas y qué fracción de ese gas termina bajo la influencia directa del agujero negro.

La comparación permitirá evaluar si el enriquecimiento químico favorece el enfriamiento o si otros procesos dominan la alimentación de Sgr A*.

Las galaxias lejanas muestran que los discos delgados aparecieron antes de lo previsto

El Webb también aportó una perspectiva complementaria sobre la historia de la galaxia que alberga a Sgr A*. Un equipo internacional examinó 111 galaxias de disco vistas de canto para reconstruir el origen de una estructura presente en la Vía Láctea: un disco grueso, poblado por estrellas más antiguas, y un disco delgado interno, donde predominan estrellas jóvenes.

Algunas de esas galaxias aparecen tal como eran apenas 2.800 millones de años después del Big Bang. Al observarlas de perfil, los científicos pudieron medir su extensión vertical y diferenciar sistemas con una sola capa estelar de otros con dos discos bien definidos. El relevamiento indicó que las galaxias forman primero un disco grueso y, más tarde, desarrollan el delgado dentro de esa estructura.

“Fue sorprendente ver discos estelares delgados hace 8 mil millones de años, o incluso antes”, declaró Emily Wisnioski, astrónoma de la Universidad Nacional Australiana. La observación cuestiona la idea de que esas capas más finas aparecieron en una etapa mucho más reciente de la evolución cósmica.

La Vía Láctea ilustra esa doble arquitectura. Su disco grueso alcanza cerca de 3.000 años luz de altura, mientras el disco delgado mide unos 1.000 años luz. La misma relación surgió en varias galaxias de la muestra, pese a que su luz viajó miles de millones de años antes de llegar al telescopio. El detalle solo fue posible gracias a la resolución infrarroja del Webb.

“Esta medición única del grosor de los discos con un alto corrimiento al rojo, o en momentos del universo primitivo, constituye un hito para el estudio teórico que solo fue posible con el JWST”, explicó Takafumi Tsukui, investigador principal y miembro de la universidad australiana. El corrimiento al rojo describe el estiramiento de la luz de objetos remotos por la expansión del universo.

“Normalmente, las estrellas de disco más viejas y gruesas son tenues, mientras que las estrellas de disco jóvenes y delgadas eclipsan a toda la galaxia. Pero con la resolución del JWST y su capacidad única de ver a través del polvo y resaltar estrellas viejas y débiles, podemos identificar la estructura de dos discos de las galaxias y medir su espesor por separado”, agregó el experto.

Las galaxias más masivas completaron antes la transición hacia una estructura doble, hace unos 8.000 millones de años. Las menos masivas llegaron a esa etapa unos 4.000 millones de años atrás. Los investigadores vincularon esa diferencia con la eficiencia para transformar gas en estrellas. Los sistemas grandes consumieron sus reservas con mayor rapidez y redujeron antes la turbulencia interna.

Datos del conjunto de radiotelescopios ALMA respaldaron esa interpretación. En el universo temprano, el gas dentro de las galaxias presentaba movimientos turbulentos que favorecían la formación acelerada de estrellas y producían discos anchos. Con el paso del tiempo, el gas perdió turbulencia, se asentó en una capa más plana y permitió el surgimiento de nuevas generaciones estelares dentro del disco delgado.

Ambos estudios retratan escalas distintas de una misma historia cósmica. Uno observa la química de las nubes que rodean el agujero negro de nuestra galaxia; el otro reconstruye la secuencia que ordenó las estrellas en galaxias remotas. El Webb ofrece así mediciones directas sobre el material que circula en el núcleo de la Vía Láctea y sobre las condiciones que moldearon sus grandes estructuras.