El Gran Telescopio Canarias desvela cómo el agujero negro de M87 esculpe los hilos de una galaxia gigante

A 55 millones de años luz de la Tierra, en el corazón del cúmulo de Virgo, se alza una galaxia que parece cosida por hilos de luz. Es M87, una elíptica supergigante cuyo nombre está inevitablemente ligado al agujero negro supermasivo más famoso de la astronomía moderna.

Ahora, un equipo científico internacional ha logrado observar con un nivel de detalle sin precedentes los misteriosos filamentos que la rodean, revelando cómo estas delicadas estructuras se mueven, se ionizan y sobreviven en uno de los entornos más extremos del universo cercano.

El trabajo, basado en nuevas observaciones del Gran Telescopio Canarias (GTC) y del Telescopio Canadá-Francia-Hawái, acaba de publicarse en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y aporta evidencias directas de cómo la actividad del agujero negro central de M87 ha moldeado -y sigue moldeando- estos filamentos de gas a lo largo del tiempo.

Una galaxia marcada por su núcleo

M87 no es una galaxia cualquiera. En su centro reside un agujero negro de unas 6.500 millones de veces la masa del Sol, cuya silueta fue inmortalizada en 2019 por la colaboración Event Horizon Telescope, en la primera imagen directa de la sombra de uno de estos objetos extremos. Pero su influencia va mucho más allá de esa imagen histórica.

Este núcleo activo lanza potentes chorros de partículas relativistas que se extienden miles de años luz y que se observan con claridad en longitudes de onda de radio. Su actividad no es constante: alterna fases de intensa alimentación con periodos más calmados. Esa respiración cósmica deja huella en la galaxia y en el gas caliente que la envuelve, un plasma intracúmulo que alcanza decenas de millones de grados.

En ese entorno hostil, M87 está atravesada por una red de filamentos largos, delgados y sorprendentemente frágiles. Durante décadas, los astrónomos se han preguntado cómo pueden existir estructuras tan finas en medio de un gas tan caliente, de dónde proceden y hasta qué punto están conectadas con la violencia del agujero negro central.

“M87 es la galaxia más cercana que se conoce con este tipo de estructuras filamentosas”, explica Camille Poitras, autora principal del estudio y estudiante de máster en la Universidad Laval, en Canadá. “Probablemente sea una de las pocas que presenta filamentos tan alejados del centro que parecen separados, casi flotando más allá de la propia galaxia”.

Una mirada sin precedentes a los filamentos

Para responder a estas preguntas, el equipo combinó dos tipos de observaciones complementarias. Por un lado, utilizó el instrumento MEGARA del Gran Telescopio Canarias, que permitió analizar con gran resolución espectroscópica dos regiones clave: los filamentos complejos situados cerca del centro galáctico, en las inmediaciones de los chorros actuales, y un filamento mucho más distante, localizado casi fuera de la galaxia, en una zona aparentemente más tranquila.

Por otro, nuevas observaciones con el instrumento SITELLE del Telescopio Canadá-Francia-Hawái ofrecieron una visión panorámica de toda la red de filamentos. La combinación de ambos conjuntos de datos ha dado lugar al retrato más completo hasta la fecha de estas estructuras, permitiendo estudiar su dinámica, su ionización y su relación con el entorno galáctico.

Los resultados confirman que los filamentos más cercanos al núcleo están lejos de ser estables. Se mueven de forma caótica, sacudidos por la energía que inyectan los chorros del agujero negro. Pero el nuevo estudio añade un matiz importante: esa agitación no procede solo del centro.

Gracias a la resolución de MEGARA, los investigadores han detectado movimientos locales más pequeños, probablemente causados por explosiones de supernovas de tipo Ia -el final violento de estrellas viejas-, relativamente comunes en una galaxia masiva como M87.

“La capacidad de MEGARA de proporcionar información espacial sobre estos filamentos, combinada con la sensibilidad de un telescopio como el GTC, ha sido fundamental para estudiar en detalle unas estructuras tan sutiles”, subraya Antonio Cabrera Lavers, jefe de operaciones científicas del Gran Telescopio Canarias.

Las huellas de un pasado violento

A mayor distancia del centro, el panorama cambia. El filamento exterior analizado en el estudio muestra un movimiento mucho más regular y ordenado. Su comportamiento sugiere que no está siendo afectado por los chorros actuales, sino que podría ser un vestigio de un episodio de actividad pasada del agujero negro, una especie de fósil dinámico de una etapa anterior de M87.

También la composición química del gas varía según la distancia al núcleo. Cerca del centro, el gas presenta señales claras de la influencia directa del agujero negro y de sus chorros. Más lejos, el gas parece distinto… aunque no tanto como cabría esperar en una región aparentemente tranquila. Incluso el filamento distante muestra una ionización inesperada, lo que apunta a procesos físicos aún no del todo comprendidos.

“Estas nuevas observaciones nos han ayudado a determinar cómo los flujos del agujero negro de M87 dan forma y energizan estos filamentos”, explica Marie-Lou Gendron-Marsolais, profesora adjunta de la Universidad Laval y coautora del trabajo. “Son pruebas vivas de cómo el agujero negro afecta a la galaxia, incluso a grandes distancias de su núcleo”.

Un rompecabezas aún abierto

El estudio refuerza la idea de que los filamentos de M87 son el resultado de una compleja combinación de procesos: la acción de los chorros del agujero negro, las explosiones de supernovas, la interacción entre gas frío y caliente y la memoria de episodios de actividad anteriores. Ninguno de estos mecanismos actúa de forma aislada.

Comprender cómo se forman estas estructuras, cómo logran sobrevivir durante millones de años y cómo evolucionan sigue siendo uno de los grandes retos de la astrofísica extragaláctica. Las futuras observaciones de alta resolución y nuevas técnicas de análisis serán clave para desentrañar este rompecabezas.

Mientras tanto, M87 continúa mostrando que, incluso en el universo más violento, existen hilos delicados que cuentan la historia de su pasado. Y, gracias a telescopios como el GTC, hoy empezamos a leerla con mayor claridad.