¿Captado un agujero negro creando su galaxia?

Agujero negro creando galaxia
Esta impresión artística muestra cómo los chorros de agujeros negros supermasivos podrían formar galaxias, explicando por tanto por qué la masa de los agujeros negros es mayor en galaxias que contienen más estrellas.

¿Qué fue primero, los agujeros negros supermasivos que devoran frenéticamente materia o las enormes galaxias donde residen? Ha surgido un escenario completamente nuevo a partir de un reciente conjunto de extraordinarias observaciones de un agujero negro sin hogar: los agujeros negros pueden ser los “constructores” de su propia galaxia madre. Este podría ser el vínculo perdido buscado desde hace tiempo para comprender por qué las masas de los agujeros negros son mayores en galaxias que contienen más estrellas.

“La pregunta de ‘la gallina y el huevo’ de si es primero la galaxia o su agujero negro es uno de los temas más debatidos en la astrofísica actual”, dice el autor principal David Elbaz. “Nuestro estudio sugiere que los agujeros negros supermasivos pueden disparar la formación de estrellas, y de esta forma ‘construir’ sus propias galaxias madre. Este vínculo también podría explicar por qué las galaxias que alojan agujeros negros mayores tienen más estrellas”.

Para llegar a conclusiones tan extraordinarias, el equipo de astrónomos llevó a cabo extensas observaciones de un peculiar objeto, el quásar cercano HE0450-2958, el cual es el único para el que no se ha detectado aún una galaxia madre. HE0450-2958 está situado a aproximadamente 5000 millones de años de distancia.

Hasta ahora, se especulaba que las galaxias madre de los quásares estaban ocultas tras grandes cantidades de polvo, y por tanto los astrónomos usaban instrumentos del infrarrojo medio sobre el Telescopio Muy Grande de ESO para las observaciones. En tales longitudes de onda, las nubes de polvo brillan con fuerza y son detectadas con facilidad. “Observar estas longitudes de onda nos permitiría rastrear el polvo que podría ocultar la galaxia madre”, dice Knud Jahnke, que lideró las observaciones realizadas en el VLT. “No obstante, no encontramos nada. En lugar de esto descubrimos que una galaxia aparentemente no relacionada en la vecindad inmediata del quásar estaba produciendo estrellas a un ritmo frenético”.

Estas observaciones han proporcionado una nueva aproximación sorprendente al sistema. Aunque no se han revelado trazas de estrellas alrededor del agujero negro, su galaxia compañera es extremadamente rica en brillo y estrellas muy jóvenes. Está formando estrellas a un ritmo equivalente a 350 Soles por año, cien veces más que los ritmos de las galaxias normales en el universo local.

Anteriores observaciones demostraron que la galaxia compañera está, de hecho, bajo el fuego: el quásar está expulsando chorros de partículas altamente energéticas hacia su compañera, junto con un chorro de gas de movimiento rápido. La inyección de materia y energía en la galaxia indica que el propio quásar podría estar induciendo la formación de estrellas y por tanto creando su propia galaxia madre; en tal escenario, las galaxias habría evolucionado a partir de nubes de gas que eran impactadas por los chorros energéticos que surgen de los quásares.

“Los dos objetos están destinados a fusionarse en el futuro: el quásar se mueve a una velocidad de unas pocas decenas de miles de km/h con respecto a la galaxia compañera y su separación es de sólo 22 000 años luz”, dice Elbaz. “Aunque el quásar aún está ‘desnudo’, finalmente se ‘vestirá cuando se fusione con esta compañera rica en estrellas. Será entonces cuando finalmente residirá en una galaxia como el resto de quásares”.

Por consiguiente, el equipo ha identificado el agujero negro como el posible director de la formación de galaxias, el cual puede representar el eslabón perdido buscado desde hace tiempo para comprender por qué la masa de los agujeros negros es mayor en galaxias que contienen más estrellas.

“Una extensión natural de nuestro trabajo es buscar objetos similares en otros sistemas”, dice Jahnke.

Instrumentos futuros, tales como el Gran Conjunto Milimétrico/Submilimétrico de Atacama (ALMA), el Telescopio Europeo Extremadamente Grande (EELT) y el Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA serán capaces de buscar tales objetos incluso a mayores distancias de nosotros, estudiando la conexión entre agujeros negros y la formación de galaxias en el universo más lejano.



Fecha Original: 30 de noviembre de 2009
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Comments (6)

  1. Os buracos negros poderían ser os criadores das Galaxias…

    Que foi primeiro, os buracos negros supermasivos que devoran frenéticamente materia ou as enormes galaxias onde residen? Xurdiu un escenario completamente novo a partir dun conxunto de extraordinarias observacións dun buraco negro sen fogar: os buracos…

  2. Hason

    Pero bueno ¿los agujeros negros no eran esos supermasivos objetos de los cuales no podía escapar ni la luz?. Ahora resulta que son fabricantes de galaxias..

  3. Jurl

    Joder, ¿sólo soy yo o esto me suena a Halton Arp reciclado a la teoría estándar? xDDDD

  4. La física alrededor de agujeros negros y la intensidad que se genera a su alrededor, proporciona una vía para explorar el comportamiento de la materia en condiciones de Gravedad extrema y ver en acción algunos efectos de la Relatividad General. Aunque, por definición, un agujero negro no deja escapar radiación alguna, la materia que cae hacia el mismo no puede desprenderse de forma instantánea de su momento angular, y se dispone a su alrededor en forma de un disco de acreción.

    Este disco se calienta a temperaturas muy elevadas en sus zonas más internas ((Τ~2 10 exp.7 (M/Msímbolo solar) ˉ¼ Κ) donde M es la masa del agujero negro y M con símbolo la masa del Sol, y por tanto emite abundante radiación en longitudes de onda de rayos X o ultravioleta. Una corona de electrones relativistas alrededor del disco, se ocupa de incrementar la energía de esta radiación mediante efecto Compton inverso (es decir, la radiación adquiere energía de los electrones), con lo que el entorno incandescende de un agujero negro acaba produciendo cantidades ingentes de rayos X.

    Las óbitas de la materia que circunda el agujero negro constituye un buen escenario para ver la Relatividad General en acción. En efecto, la última órbita circular estable alrededor del agujero negro marca lo cerca que el disco de acreción puede cerrarse alrededor del mismo. El radio de dicha órbita, y la correspondiente frecuencia orbital, son magnitudes potencialmente observables a través del espectro de potencias de emisiópn de rayos X.

    El hecho es que, el radio de la órbita más cercana al agujero negro (o estrella compacta) depende de si el objeto está o no en rotación: en ausencia de roptación este radio es 3Rs (Rs = 2GM/c2 es el radio de Schwarszchild y para rotación máxima puede llegar a 0,5 Rs. Aunque la interpretación de los espectros de potencias en la emisión de rayos X alrededor de estrellas de neutrones y agujeros negros es compleja (van der Kliss 2004), la existencia de picos en alta frecuencia se suele interpretar en términos de la existencia de una última órbita estable; esta puede permitir en el futuro medir los parámetros de la métrica de Kerr (masa M y momento angular por unidad de masa α = J/Mc del agujero negro).

    Pero quizás las evidencias más espectaculares de los efectos relativistas alrededor de agujeros negros ha venido de la interpretación del espectro de los rayos X (distribución de la luz por energías o longitudes de onda) en los agujeros negros gigantes que existen en el centro de las galaxias activas y agujeros negros de masa estelar.

    Siguen una serie de detalles que alargaría mucho el comentario y del nacimiento y crecimiento de los agujeros negros, los modelos cosmológicos en boga, sustentan la idea de que las galaxias se han formado a base de un crecimiento jerárquino paulatino, ya sea mediante acrecimiento de material o por fusiones entre ellas.

    La componente más prominente de las galaxias en la Astronomía tradicional son sus estrellas; de ahí que el estudio de formación de estrellas a lo largo de la Historia del Universo sea un objetivo clave en la Cosmología observacional actual, abordable con los grandes telescopios ópticos e infrarrojos, en tierra y en el espacio, actuales y futuros como el James Web que sustituirá al Hubble. Sin embargo, otras componentes de las galaxias tienen su huella particular. El gas (medio interestelar), en todas sus fasetas y componentes (moléculas, átomos, iones, electrones) se puede detectar en distintas bandas del espectro (radio, ondas milimétricas y submilimétricas, infrarrojo lejano, óptico y rayos X) y su evolución en la historia del Universo también puede ser cotejada con la formación de estrellas.

    Un descubrimiento relativamente reciente de la máxima importancia es que hay una componente de gran relevancia en todas las galaxias y que es un agujero negro gigante en su centro. Este descubrimiento se hizo gracias a la observación de movimientos muy rápidos del gas en el centro de las galaxias, o en el caso de nuestra Galaxia, en cuyo centro se encuentra un agujero negro de 3 millones de masas solares, mediante el movimiento de las estrellas muy cercanas al mismo.

    Simulaciones y modelos han intentado explicar todas estas circunstancias y parámetros y, desde luego, se ha pensado en la posibilidad, como apunta el artículo de hoy, que las galaxias se originen a partir de inmensos agujeros negros que, más tarde, se quedan en el núcleo de la galaxia que ha formado pero, también es verdad que, tal aseveración es más una hipótesis no demostrada aún que un hecho cierto y, entrando en el campo de la especulación, lo único que nos queda es seguir investigando.

    Hay que estar atentos al eco de crecimiento de los agujeros negros gigantes. Durante la fase en que se produce acreción, se emiten grandes cantidades de rayos X (y veríamos esa galaxia como activa o “cuásar”). Según las simulaciones numéricas en esta fase de “cuásar” la galaxia queda esterilizada para formar estrellas debido a la propia radiación y a los vientos que se producen.

    Esta retroalimentación implica una relación muy íntima entre la formación de estrellas, el crecimiento del agujero negro gigante central, y el gas capaz de formar a las primeras y alimentar a los segundos.Solo tendremos por tanto una visión completa de la historia cósmica de la formación de galaxias, si conseguimos desvelar con claridad la relación entre las tres componentes, para lo que las misiones futuras de rayos X serán fundamentales.

    Perdonad la extensión.

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