Los agujeros negros supermasivo causan el
calentamiento galáctico en escala.
Para la
mayor parte de sus vidas, las galaxias son exuberantes entornos para convertir
el gas en estrellas. Hasta que no lo son. En los últimos mil millones de años,
una misteriosa especie de "calentamiento galáctico"
ha vuelto un gran número de galaxias en desiertos desprovistos de estrellas
jóvenes frescas.
Los astrónomos ha estado
identificando el proceso desconocido que mantiene el gas en estas galaxias
inactivas demasiado calientes y energéticas para formar estrellas. Hoy en día,
los astrónomos de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) están anunciando el
descubrimiento de una nueva clase de galaxias llamadas " Géiser rojos "que albergan agujeros negros supermasivos, con
vientos que tienen el poder para evitar que las galaxias inactivas se
encuentren en pausa. "Sabíamos que
tenía que haber una manera de prevenir la formación de estrellas en estas
galaxias, y ahora tenemos una buena idea de lo que es”, dijo Edmond Cheung, el
autor principal del estudio. Cheung, es astrónomo de la Universidad de
Instituto Kavli de Tokio para la Física y Matemáticas del Universo. Cheung
estaba trabajando con un equipo internacional de astrónomos en el estudio de
cientos de galaxias cuando encontraron un agujero negro supermasivo absorbiendo
el gas frío en su galaxia anfitriona. "Las galaxias comienzan como
máquinas de hacer estrellas con una receta sencilla: el gas es igual a la
gravedad, más estrellas," dijo Kevin Bundy, co-autor del estudio.
"Aquí tenemos una galaxia que tiene todo lo que necesita para formar
nuevas estrellas, pero está latente. ¿Por qué? ". Los astrónomos han
sospechado durante mucho tiempo que la razón tenía algo que ver con el agujero
negro supermasivo que se encuentra en los centros de muchas galaxias, pero se
carecía de evidencia sólida. "Si anteriormente hubiéramos mirado justo en
el centro de la galaxia, podríamos haber aprendido sobre el agujero negro
central de cómo afecta esto al resto de la galaxia", dijo Cheung.
"Otra razón es que el
viento de los agujeros negros supermasivos aparece y desaparece rápidamente,
así que observar el viento in fraganti es difícil."
Con
la incorporación tecnológica del Telescopio Sloan (Sloan
Digital Sky Survey o SDSS es un proyecto de investigación del espacio mediante
imágenes en el espectro visible y de corrimiento al rojo, realizada en un
telescopio específico de ángulo amplio y de 2,5 metros situado en el
observatorio Apache Point de Nuevo México y comenzada en 2000.) por
el Observatorio Apache Point (Manga ), podemos hacer mapas detallados de las
galaxias diez a cien veces más rápido de lo que podíamos hace diez años",
dijo Renbin Yan de la Universidad de Kentucky.
Telescopio Sloan Digital Sky Survey o SDSS
Akira tiene una galaxia
compañera que Cheung llama "Tetsuo" . Akira está tirando de gas fuera
de Tetsuo. Los vientos impulsados por gas de Tetsuo son la razón de que Akira
es actualmente una galaxia geiser rojo. Bundy se le ocurrió el nombre
"géiser roja" debido a que estos estallidos de viento le recordaban a
las erupciones esporádicas de un géiser y porque el fracaso para formar nuevas
estrellas deja la galaxia con sólo las estrellas rojas. Al igual que con el
calentamiento global de la Tierra, el calentamiento galáctico tiene consecuencias
para las galaxias géiser de color rojo - el gas ya no pueden formar nuevas
estrellas. "Se puede pensar de estos vientos como
super-calentamiento de la atmósfera de las galaxias", dijo Cheung.
El equipo tiene la teoría
de que este fenómeno es bastante común en las galaxias inactivas. Por lo tanto,
nuestra propia Vía Láctea no puede estar a salvo de este calentamiento
galáctico - las futuras generaciones distantes pueden ver nuestro agujero negro
supermasivo girando nuestra galaxia en un geiser rojo.
La interpretación de un artista de la galaxia Akira (derecha) y Tetsuo (izquierda) en acción. La gravedad de Akira tira el gas de Tetsuo en su agujero negro supermasivo central, alimentando vientos que tienen el poder de calentar el gas de Akira. Debido a la acción de los vientos de los agujeros negros, el gas extraído de Tetsuo se vuelve inerte, evitando un nuevo ciclo de formación de estrellas en Akira. Kavli IPMU
Telescopios de la NASA encuentran pistas de cómo se
forman tan rápidamente los agujeros negros gigantes.
Los investigadores
combinaron los datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el
Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial Spitzer para identificar
estas posibles formaciones de agujeros negros. "Nuestro descubrimiento, si
se confirma, se explica cómo nacieron estos monstruosos agujeros negros",
dijo Fabio Pacucci de Escuela Normal Superior (SNS) en Pisa, Italia, que
dirigió el estudio. "Hemos encontrado pruebas de que los agujeros negros
supermasivos se pueden formar directamente desde el colapso de una nube gigante
de gas, saltándose pasos intermedios." Los científicos creen que un
agujero negro supermasivo se encuentra en el centro de casi todas las grandes
galaxias, incluyendo nuestra propia Vía Láctea.
Los científicos creen que
un agujero negro supermasivo se encuentra en el centro de casi todas las
grandes galaxias, incluyendo nuestra propia Vía Láctea. Ellos han encontrado
que algunos de estos agujeros negros supermasivos, que contienen millones o
incluso miles de millones de veces la masa del Sol, fueron formados a menos de
mil millones de años después del inicio del universo en el Big Bang.
"Hay una gran
cantidad de controversia sobre qué camino toman estos agujeros negros",
dijo Andrea Ferrara, también del SNS. "Nuestro trabajo sugiere que van
reduciéndose las respuestas, donde los agujeros negros comienzan grande y
crecen a la tasa normal, en lugar de comenzar en pequeño y crece a un ritmo muy
rápido." Los investigadores utilizaron modelos informáticos de los agujeros negros combinados con una
nuevo método para seleccionar candidatos para estos objetos a partir de
imágenes de larga exposición de Chandra, Hubble y Spitzer. El equipo encontró
dos candidatos fuertes para la formación de los agujeros negros. Ambos se correspondían
con el perfil teórico de los datos infrarrojos, además de ser objetos muy
rojos, y también emiten rayos X detectados con Chandra. Las estimaciones de la
distancia que sugieren que pueden haber sido formado cuando el universo tenía
menos de mil millones de años "la formacion de un agujero negro es
extremadamente difícil de encontrar y confirmar su detección es mucho más difícil",
dijo Andrea Grazian del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia.
La evidencia de que algunos agujeros
negros supermasivos primeros formados directamente desde el colapso de una nube
de gas se ha encontrado. Estos resultados podrían representar un paso
importante en la comprensión de cómo se formaron las primeras gigantescos
agujeros negros del universo. Se han identificado dos candidatos agujero negro
"semillas", posiblemente a menos de mil millones de años después del
Big Bang. Los astrónomos combinaron los datos de Chandra, Hubble y Spitzer para
hacer este descubrimiento. Rayos X: NASA / CXC / Escuela Normal Superior /
Pacucci, F. et al, óptica: NASA / STScI; Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss
"Sin embargo, creemos
que nuestra investigación ha descubierto los dos mejores candidatos hasta la
fecha." El equipo tiene previsto obtener nuevas observaciones en rayos X y
los rayos infrarrojos para comprobar si estos objetos tienen más de las
propiedades esperadas para las formación de los agujeros negros.
Próximos observatorios,
como el telescopio espacial de la NASA James Webb y el Telescopio Europeo
Extremadamente Grande ayudará en futuros estudios mediante la detección de la
luz de los agujeros negros más distantes y más pequeños. Los científicos
actualmente están construyendo el marco teórico necesario para interpretar los
datos próximos, con el objetivo de encontrar los primeros agujeros negros en el
universo. "Como científicos, no podemos decir en este punto que nuestro
modelo es 'la'", dijo Pacucci. "Lo que realmente creemos es que
nuestro modelo es capaz de reproducir las observaciones sin requerir
suposiciones razonables."
ALMA mide la masa del agujero negro con una precisión
extrema.
Para determinar la masa
real de un agujero negro supermasivo, los astrónomos deben medir la fuerza de
su atracción gravitatoria de las estrellas y nubes de gas que pululan a su
alrededor.
Utilizando el Large Millimeter/submillimeter Array de Atacama (ALMA) (El
Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) es una asociación
internacional entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación
Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias
Naturales de Japón (NINS), junto con NRC (Canadá), NSC y ASIAA (Taiwán), y KASI
(República de Corea), en cooperación con la República de Chile. ALMA, el mayor
proyecto astronómico que existe, es un solo telescopio de diseño
revolucionario, compuesto por 66 antenas de alta precisión ubicadas en el llano
de Chajnantor, a 5000 metros de altitud en el norte de Chile), un equipo de astrónomos ha profundizado notablemente
profundamente en el corazón de una galaxia cercana elíptica para estudiar el
movimiento de un disco de gas interestelar frío que rodea el agujero negro
supermasivo en su centro. Estas observaciones proporcionan una de las
mediciones de masa más precisos hasta la fecha para un agujero negro fuera de
nuestra galaxia, ayudando a establecer la escala de estos gigantes cósmicos.
Los agujeros negros supermasivos, algunos millones de pesaje a miles de
millones de veces la masa del Sol, dominan los centros de sus galaxias
anfitrionas.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
(ALMA), una asociación internacional entre Europa, Norteamérica y Asia del
Este, en colaboración con la República de Chile, es el mayor proyecto
astronómico del mundo. Se trata de un interferómetro revolucionario que
comprende un conjunto de 66 antenas (antenas también llamadas: reflectores o
radiotelescopios cuando es de una única antena) de siete y doce metros de
diámetro destinados a observar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.
Para determinar la masa
real de un agujero negro supermasivo, los astrónomos deben medir la fuerza de
su atracción gravitatoria de las estrellas y nubes de gas que pululan a su
alrededor. Para obtener este resultado, Aaron Barth, de la Universidad de
California, Irvine, y su equipo ALMA utiliza para medir la velocidad del gas de
monóxido de carbono en órbita alrededor del agujero negro en el centro de NGC
1332, una galaxia masiva elíptica cerca de 73 millones de años-luz de la Tierra
en la dirección de la constelación de Eridanus sur. "la medición de la
masa de una agujero negro es muy difícil precisión, incluso con los telescopios
más poderosos de la Tierra o en el espacio ", dijo Barth.
"ALMA tiene la
capacidad revolucionaria para observar discos de gas frío alrededor de agujeros
negros supermasivos en escalas suficientemente pequeñas que podemos distinguir
claramente la influencia del agujero negro en la velocidad de rotación del
disco." Las observaciones de ALMA revelan detalles de la estructura del
disco en el orden de 16 años luz de diámetro. También miden la rotación del
disco dentro del radio estimado de 80 años luz de la "esfera de
influencia" del agujero negro -. La región en la que la gravedad del
agujero negro es dominante cerca del centro del disco, ALMA observa el gas
viaja a más de 300 millas (500 kilómetros) por segundo.
Al comparar estos datos
con las simulaciones, los astrónomos calcularon que el agujero negro en el
centro de NGC 1332 tiene una masa de 660 millones de veces más grande que
nuestro Sol, más o menos 10 por ciento. Esto es alrededor de 150 veces la masa
del agujero negro en el centro de la Vía Láctea, pero todavía relativamente
modesta en relación con los mayores agujeros negros se sabe que existen, que
pueden ser muchos miles de millones de masas solares. Close-in de ALMA
observaciones eran esenciales, los investigadores señalan que, para evitar
confundir la medición agujero negro con la influencia gravitacional de otro
material - estrellas, nubes de gas interestelar, y la materia oscura -. que
comprende la mayor parte de la masa total de la galaxia "Este agujero negro,
aunque masiva individualmente, representa menos del uno por ciento de la masa
de todas las estrellas de la galaxia ", señaló Barth. "La mayor parte
de la masa de una galaxia es en forma de materia oscura y las estrellas, y en
la escala de una galaxia entera, incluso un gigantesco agujero negro es sólo un
pequeño punto en el centro. La clave para detectar la influencia del agujero
negro es observar el movimiento orbital en escalas tan pequeñas que la
atracción gravitatoria del agujero negro es la fuerza dominante. "Esta
observación es la primera demostración de esta capacidad para ALMA.
Astrónomos utilizar
diversas técnicas para medir la masa de los agujeros negros. Todos ellos, sin
embargo, se basan en el seguimiento del movimiento de los objetos tan cerca del
agujero negro como sea posible. En la Vía Láctea, potentes telescopios basados
en tierra utilizando la óptica adaptativa pueden estrellas de imágenes
individuales cerca del centro galáctico y, precisamente, realizar un
seguimiento de sus trayectorias en el tiempo. Aunque muy preciso, esta técnica
sólo es factible dentro de nuestra propia galaxia; otras galaxias son demasiado
lejos para distinguir el movimiento de las estrellas individuales. Para hacer
mediciones similares en otras galaxias, los astrónomos ya sea examinar el
movimiento total de estrellas en la región central de una galaxia o rastrear el
movimiento de los discos de gas y mega-másers - fuentes de radio cósmicas
naturales . los estudios previos de NGC 1332 con telescopios terrestres y espaciales
dieron muy diferentes estimaciones de la masa de este agujero negro, que van
desde los 500 millones de dólares a 1,5 mil millones de veces la masa del Sol
los nuevos datos de ALMA confirman que las estimaciones son más bajas más
precisa. Fundamentalmente, las nuevas observaciones de ALMA tienen una
resolución más alta que cualquiera de las últimas observaciones.
Imagen combinada de NGC 1332 muestra el disco central
de gas que rodea el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Las
nuevas observaciones de ALMA rastrear el movimiento del disco, proporcionando
mediciones notablemente precisas de la masa del agujero negro: 660 millones de
veces la masa de nuestro Sol La región roja en la imagen ALMA representa la
emisión que se ha desplazado hacia el rojo por el gas que gira lejos de
nosotros; el azul representa la emisión azul desplazada por el gas que gira
hacia nosotros. La gama de colores representa velocidades de giro de hasta 300
millas (500 kilómetros) por segundo. Barth (UCI) / ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / /
/ Survey Galaxy NASA ESA Hubble de Carnegie-Irvine.
ALMA también detecta la emisión
del componente más denso, más fría del disco, que está en un movimiento
circular notablemente ordenada alrededor del agujero negro. Muchas mediciones
del agujero negro pasadas realizadas con telescopios ópticos, incluyendo el
telescopio espacial Hubble, se centró en la emisión del calor gas ionizado que
orbitan en las regiones centrales de las galaxias. Discos de gas ionizado
tienden a ser mucho más turbulento que los discos fríos, que conduce a una
menor precisión en la medición de la masa de un agujero negro. "ALMA puede
trazar la rotación de los discos de gas en los centros de galaxias con una
resolución aún mayor que el telescopio espacial Hubble", señalaron
Benjamin Boizelle de la UCI. "Esta observación demuestra una técnica que
se puede aplicar a muchas otras galaxias para medir las masas de agujeros
negros a notable precisión."
Fuente
Astronomy Magazine
Digital Sky Sloan Baltimore,
Maryland/ Kavli IPMU
Observatorio Apache Point
Rayos X: NASA / CXC /
Escuela Normal Superior / Pacucci, F. et al, óptica: NASA / STScI; Ilustración:
NASA / CXC / M.Weiss
Barth (UCI) / ALMA (NRAO /
ESO / NAOJ) / / / Survey Galaxy NASA ESA Hubble de Carnegie-Irvine.
Large
Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-Atacama Chile.
