Agujeros negros supermasivos ayudan con el nacimiento de estrellas


Los agujeros negros supermasivos a menudo se describen como devoradores, monstruos, gigantes, al acecho, etc. Estas palabras hacen que parezca que los agujeros negros son un presagio de destrucción. Es cierto que una estrella que se aventura demasiado cerca podría quedar espaguetizada y completamente destruida por la fuerte gravedad de un agujero negro. Además, un agujero negro supermasivo a menudo envía rayos de destrucción masivos (más conocidos como chorros). ¿Pero tal vez los agujeros negros pueden hacer más que acechar y destruir? En junio de 2021, los astrónomos dijeron que estos agujeros negros supermasivos podrían provocar el nacimiento de nuevas estrellas.

Esta es una simulación de la distribución de gas en nuestra galaxia, la Vía Láctea. La galaxia en sí es pequeña en esta imagen: es la estructura vertical brillante en el centro. ¿Notas las grandes burbujas a la izquierda y a la derecha de esa estructura? Es el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia el que causa estas burbujas al expulsar el gas. Los astrónomos han descubierto que las galaxias satélites que viajan a través de las cavidades pobres en gas de las burbujas forman más estrellas que las que están fuera de ellas. Imagen a través de TNG Collaboration / Dylan Nelson / MPG.

Las estrellas recién formadas no estarían en las grandes galaxias donde residen los agujeros negros supermasivos. En cambio, las nuevas estrellas están en las pequeñas galaxias satélite que existen en las afueras de las galaxias más grandes.

La revista Nature, revisada por pares, publicó esta investigación el 10 de junio de 2021.

Estos astrónomos observaron los datos de hasta 124,163 galaxias satélite que residen en las afueras de 29,631 galaxias grandes, cada una de las cuales se cree que tiene un agujero negro supermasivo en su centro.

¿Los agujeros negros supermasivos no solo son destructivos?

No todos los astrónomos encuentran que las descripciones de los agujeros negros supermasivos que se utilizan con frecuencia sean del todo justas. Krista Smith expresó recientemente sus pensamientos sobre cómo a menudo se retratan los agujeros negros supermasivos:

Y, de hecho, aunque hay cantidades inimaginables de energías involucradas que, sin duda, pueden causar estragos, esta nueva investigación muestra algo diferente. Describe cómo la energía de un agujero negro supermasivo central puede alejarse – desde la dirección de los chorros – gas intergaláctico lejos, muy lejos en las afueras del halo de la galaxia, y formar “burbujas” en el gas. Cuando las pequeñas galaxias satélites viajan a través de estas burbujas, los astrónomos notaron que forman nuevas estrellas a un ritmo mayor de lo que lo harían de otra manera. ¿Porqué es eso?

¿Con qué frecuencia se forman las estrellas?

Tu galaxia promedio no formará nuevas estrellas a menudo. Por ejemplo, nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, forma solo unas dos estrellas por año. Para formar una nueva estrella, necesitas gas. Cada galaxia está formada por estrellas y gas (y polvo y materia oscura). Cuanto más gas, más estrellas se pueden formar. En consecuencia, la capacidad de formar estrellas varía de una galaxia a otra.

Algunas galaxias pasan por períodos de crecimiento acelerado. Éstas se denominan galaxias de estallido estelar. Forman muchas más estrellas que la Vía Láctea, del orden de unos cientos de estrellas por año. Y luego hay algunas galaxias que apenas forman estrellas.

Un ejemplo del último tipo son las pequeñas galaxias satélite que giran alrededor de otras más grandes. Nuestra Vía Láctea tiene varias, las más famosas son las Nubes de Magallanes Grandes y Pequeñas (estas dos son visibles desde el Hemisferio Sur).

Viento en contra del gas en el medio intergaláctico

Las galaxias satélite apenas forman estrellas, y durante muchas décadas, los astrónomos han sospechado que se debe a que el medio intergaláctico (IGM) que está presente entre las galaxias está eliminando su gas. El gas en el medio intergaláctico es extremadamente caliente y delgado; aproximadamente un átomo por metro cúbico o menos. Puede comparar eso con el gas entre las estrellas dentro de una galaxia, el medio interestelar, que tiene un átomo por centímetro cúbico (aproximadamente del tamaño de un dado).

NASA's Hubble Finds Life is Too Fast, Too Furious for This Runaway Galaxy
Un ejemplo de una galaxia que pierde su gas de formación de estrellas debido a la presión del ariete se llama galaxia medusa. Este, ESO 137-001, se observó con el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio de rayos X Chandra. Aquí, puede haber una breve formación de estrellas en los “tentáculos” de la galaxia, pero mucho menos dentro de la galaxia después de que el gas ha desaparecido. Imagen a través del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA.

A pesar de lo inimaginablemente delgado que es el gas intergaláctico, afecta a las galaxias que se mueven a través de él, como un viento en contra que sentiría al conducir una motocicleta. No afecta a las estrellas que ya existen en la pequeña galaxia. Pero, para hacer nuevas estrellas se necesita gas, y el gas de la galaxia, el material para hacer estrellas, definitivamente se verá afectado por el gas que encuentre a medida que la galaxia se mueva a través de él, y será eliminado. En consecuencia, no queda suficiente gas para formar nuevas estrellas, y la galaxia se vuelve estéril, por así decirlo. Los astrónomos llaman a este efecto de pérdida de gas durante el viaje a través del pistón IGM de extracción de presión.

Este es un proceso que requiere mucho tiempo y nada que podamos observar en tiempo real. En cambio, los astrónomos toman la ayuda de las simulaciones para descubrir qué podría estar sucediendo.

Una pausa para el almuerzo y sus consecuencias
Durante una pausa para el almuerzo en el Instituto Max Planck, dos astrónomos, un teórico y un observador, tuvieron una discusión. La teórica, Annalisa Pillepich, había realizado un tipo especial de simulación (ver la imagen en la parte superior de este artículo). El observador, Ignacio Martín-Navarro, era un especialista en trabajar con grandes conjuntos de datos como el SDSS.

En la simulación, Pillepich encontró burbujas en el gas intergaláctico, con una densidad de gas mucho menor, a cada lado de la galaxia, provocadas por la actividad del agujero negro supermasivo en su centro. Sus chorros se extienden desde el disco de acreción en cada dirección, expulsando el gas como un soplador de hojas que limpia las hojas en otoño. Los dos astrónomos reflexionaron: ¿Qué pasaría con las galaxias satélites que viajen a través de estas cavidades vacías?

Lo que encontraron fue una sorpresa: había galaxias satélites formadoras de estrellas más activas en la dirección donde el agujero negro supermasivo expulsa su energía.

¿Por qué es esto una sorpresa? Es porque uno pensaría que la energía del agujero negro supermasivo perturbaría la formación de estrellas y la apagaría, como un viento apaga una vela. En cambio, dijeron estos astrónomos, los flujos de salida del agujero negro despejan el camino en el medio intergaláctico para que las galaxias satélites que viajan a través de él no se vean afectadas y preserven su formación estelar en curso. En promedio, estas galaxias tenían un 5% menos de probabilidades de haber apagado su actividad de formación estelar.

Impresión artística de cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo y se hace trizas (también conocido como un evento de interrupción de las mareas). Imagen a través de DESY / Science Communication Lab.

En pocas palabras: los astrónomos descubrieron que los agujeros negros supermasivos pueden limpiar grandes áreas similares a burbujas en las afueras de las galaxias que las albergan. Cuando las pequeñas galaxias satélites viajen a través de estas áreas, formarán más estrellas de las que de otro modo formarían.

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