Hubble encuentra un agujero negro que enciende la formación estelar en una galaxia enana


Los agujeros negros a menudo se describen como los monstruos del universo: destrozan estrellas, consumen todo lo que se acerca demasiado y mantienen cautiva la luz. Sin embargo, la evidencia detallada del telescopio espacial Hubble de la NASA muestra un agujero negro bajo una nueva luz: fomentando en lugar de suprimir la formación de estrellas. Las imágenes del Hubble y la espectroscopia de la galaxia enana con estallido estelar Henize 2-10 muestran claramente un flujo de salida de gas que se extiende desde el agujero negro hasta una brillante región de nacimiento de estrellas como un cordón umbilical, provocando que la nube ya densa forme cúmulos de estrellas.

La galaxia enana con estallido estelar Henize 2-10 brilla con estrellas jóvenes en esta imagen de luz visible del Hubble. La región brillante en el centro, rodeada de nubes rosadas y franjas de polvo oscuro, indica la ubicación del agujero negro masivo de la galaxia y las guarderías estelares activas. Crédito: NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI), Alyssa Pagan (STScI)

Los astrónomos han debatido previamente que una galaxia enana podría tener un agujero negro análogo a los agujeros negros supermasivos de las galaxias más grandes. El estudio adicional de las galaxias enanas, que se han mantenido pequeñas durante el tiempo cósmico, puede arrojar luz sobre la cuestión de cómo se formaron y evolucionaron las primeras semillas de los agujeros negros supermasivos a lo largo de la historia del universo.

A menudo retratados como monstruos destructivos que mantienen cautiva la luz, los agujeros negros asumen un papel menos malvado en la última investigación del Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Un agujero negro en el corazón de la galaxia enana Henize 2-10 está creando estrellas en lugar de engullirlas. Aparentemente, el agujero negro está contribuyendo a la tormenta de fuego de la formación de nuevas estrellas que tiene lugar en la galaxia. La galaxia enana se encuentra a 30 millones de años luz de distancia, en la constelación austral Pyxis.

Hace una década, esta pequeña galaxia provocó un debate entre los astrónomos sobre si las galaxias enanas albergaban agujeros negros proporcionales a los gigantes supermasivos que se encuentran en el corazón de las galaxias más grandes. Este nuevo descubrimiento tiene al pequeño Henize 2-10, que contiene solo una décima parte del número de estrellas que se encuentran en nuestra Vía Láctea, listo para desempeñar un papel importante en la resolución del misterio de dónde provienen los agujeros negros supermasivos en primer lugar.

Una extracción de la región central de la galaxia enana con estallido estelar Henize 2-10 traza un flujo de salida, o puente, de gas caliente de 230 años luz de largo, que conecta el agujero negro masivo de la galaxia y una región de formación estelar. Los datos del Hubble sobre la velocidad del flujo de salida del agujero negro, así como la edad de las estrellas jóvenes, indican una relación causal entre los dos. Hace unos millones de años, la salida de gas caliente se estrelló contra la densa nube de un vivero estelar y se extendió, como el agua de una manguera que choca contra un montículo de tierra. Ahora, los cúmulos de estrellas jóvenes están alineados perpendicularmente al flujo de salida, revelando el camino de su propagación. Crédito: NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI), Alyssa Pagan (STScI)

«Hace diez años, cuando era estudiante de posgrado y pensaba que dedicaría su carrera a la formación de estrellas, miré los datos de Henize 2-10 y todo cambió», dijo Amy Reines, quien publicó la primera evidencia de un agujero negro en la galaxia. en 2011 y es el investigador principal de las nuevas observaciones del Hubble, publicadas en la edición del 19 de enero de Nature.

«Desde el principio supe que algo inusual y especial estaba sucediendo en Henize 2-10, y ahora el Hubble ha proporcionado una imagen muy clara de la conexión entre el agujero negro y una región vecina de formación estelar ubicada a 230 años luz del agujero negro. – dijo Reinés.

Este es el efecto opuesto de lo que se ve en las galaxias más grandes, donde el material que cae hacia el agujero negro es arrastrado por los campos magnéticos circundantes, formando chorros de plasma que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. Las nubes de gas atrapadas en el camino de los chorros se calentarían mucho más allá de su capacidad para enfriarse y formar estrellas. Pero con el agujero negro menos masivo en Henize 2-10 y su salida más suave, el gas se comprimió lo suficiente como para precipitar la formación de nuevas estrellas.

«A solo 30 millones de años luz de distancia, Henize 2-10 está lo suficientemente cerca como para que el Hubble pudiera capturar tanto las imágenes como la evidencia espectroscópica de la salida de un agujero negro muy claramente. La sorpresa adicional fue que, en lugar de suprimir la formación estelar, la salida fue desencadenando el nacimiento de nuevas estrellas», dijo Zachary Schutte, estudiante graduado de Reines y autor principal del nuevo estudio.

Desde su primer descubrimiento de emisiones distintivas de radio y rayos X en Henize 2-10, Reines pensó que probablemente provenían de un agujero negro masivo, pero no tan supermasivo como los que se ven en galaxias más grandes. Sin embargo, otros astrónomos pensaron que era más probable que la radiación fuera emitida por un remanente de supernova, lo que sería un hecho familiar en una galaxia que está expulsando rápidamente estrellas masivas que explotan rápidamente.

«La asombrosa resolución del Hubble muestra claramente un patrón similar a un sacacorchos en las velocidades del gas, que podemos ajustar al modelo de un flujo de salida con precesión o tambaleo de un agujero negro. Un remanente de supernova no tendría ese patrón, por lo que es efectivamente nuestra prueba irrefutable de que se trata de un agujero negro», dijo Reines.

Galaxia enana con estallido estelar Henize 2-10 brújula. Crédito: NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI), Alyssa Pagan (STScI)

Reines espera que en el futuro se dirija aún más investigación a los agujeros negros de las galaxias enanas, con el objetivo de usarlos como pistas para el misterio de cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo. Es un rompecabezas persistente para los astrónomos. La relación entre la masa de la galaxia y su agujero negro puede dar pistas. El agujero negro en Henize 2-10 tiene alrededor de 1 millón de masas solares. En galaxias más grandes, los agujeros negros pueden tener más de mil millones de veces la masa de nuestro sol. Cuanto más masiva es la galaxia anfitriona, más masivo es el agujero negro central.

Las teorías actuales sobre el origen de los agujeros negros supermasivos se dividen en tres categorías: 1) se formaron como agujeros negros de masa estelar más pequeños, a partir de la implosión de estrellas, y de alguna manera reunieron suficiente material para volverse supermasivos, 2) condiciones especiales a principios El universo permitió la formación de estrellas supermasivas, que colapsaron para formar «semillas» de agujeros negros masivos desde el principio, o 3) las semillas de futuros agujeros negros supermasivos nacieron en densos cúmulos estelares, donde la masa total del cúmulo habría sido suficiente para crearlos de alguna manera a partir del colapso gravitacional.

Hasta ahora, ninguna de estas teorías de siembra de agujeros negros ha tomado la delantera. Las galaxias enanas como Henize 2-10 ofrecen pistas potenciales prometedoras, porque se han mantenido pequeñas durante el tiempo cósmico, en lugar de experimentar el crecimiento y las fusiones de galaxias grandes como la Vía Láctea. Los astrónomos creen que los agujeros negros de las galaxias enanas podrían servir como un análogo de los agujeros negros en el universo primitivo, cuando recién comenzaban a formarse y crecer.

«La era de los primeros agujeros negros no es algo que hayamos podido ver, por lo que realmente se ha convertido en la gran pregunta: ¿De dónde vienen? Las galaxias enanas pueden conservar algún recuerdo del escenario de siembra de agujeros negros que de otro modo se ha visto. perdido en el tiempo y el espacio», dijo Reines.

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