En el centro de muchas galaxias grandes se encuentra un agujero negro supermasivo, cuya masa puede alcanzar millones o miles de millones de veces la del Sol. Para crecer, absorbe el gas circundante. Pero ¿de dónde procede exactamente esta materia? Un equipo siguió su recorrido gracias a 30 simulaciones detalladas de galaxias masivas.
Los investigadores distinguieron varios orígenes posibles. El gas puede llegar del espacio situado entre las galaxias, proceder de otra galaxia o estar presente desde las primeras etapas de formación. Otra fuente se encuentra directamente en la galaxia: las propias estrellas expulsan materia durante su evolución.
Vista artística del entorno de un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia, rodeado de materia en acreción.
Crédito: ESO/L. Calçada — CC BY 4.0
Algunas estrellas pierden progresivamente sus capas externas. Otras expulsan bruscamente parte de su materia cuando explotan como supernovas. Ese gas regresa entonces a la galaxia, donde puede circular durante mucho tiempo antes de acercarse al centro. Los investigadores hablan en ese caso de gas «reciclado».
En las simulaciones, este gas reciclado representa la principal fuente de materia absorbida por los agujeros negros estudiados. También es rico en elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.
Esta composición proporciona una pista sobre la historia del gas. Los primeros gases del universo contenían casi únicamente hidrógeno y helio. Después, las estrellas fabrican elementos más pesados y expulsan una parte de ellos. Por tanto, una materia rica en estos elementos conserva la huella de su paso por una o varias generaciones de estrellas.
Incluso el gas procedente de otros orígenes tiende a cambiar antes de alcanzar el agujero negro. Según las simulaciones, generalmente permanece en la galaxia y se enriquece de forma progresiva. Así, el agujero negro recibe materia cuya composición depende en gran medida de la evolución de las estrellas que lo rodean, y no simplemente de un aporte directo procedente del exterior.
Los resultados son compatibles con las elevadas concentraciones de elementos pesados deducidas de las observaciones de cuásares. Un cuásar aparece cuando un agujero negro supermasivo absorbe mucha materia y su entorno se vuelve extremadamente luminoso. La composición de esta materia puede estudiarse gracias a las características de la luz que emite.
El estudio sigue basándose en simulaciones de 30 galaxias masivas, con agujeros negros especialmente pesados. Ahora, los autores pueden comparar con mayor precisión las proporciones químicas previstas con las medidas alrededor de agujeros negros observados en diferentes periodos de la historia del universo.