Una galaxia con diez veces la masa de la Vía Láctea se prepara para convertirse en un cuásar


Una de las preguntas fundamentales en astronomía es cómo se formaron las galaxias hace más de 13 mil millones de años y cómo han evolucionado desde entonces. Una característica común que los astrónomos han notado es que la mayoría de las galaxias parecen tener agujeros negros supermasivos (SMBH) en su centro, como Sagitario A*, el SMBH de ~4 millones de masa solar en el centro de la Vía Láctea. Estos monstruosos agujeros negros ocasionalmente tragan gas, polvo y estrellas cercanos y emiten un exceso de energía como poderosos chorros relativistas. Este fenómeno, en el que el centro de una galaxia eclipsa a las estrellas del disco, se conoce como Núcleo Galáctico Activo (AGN) o cuásar.

Impresión artística de un quásar distante alimentado por un agujero negro con una masa dos mil millones de veces mayor que la del Sol. Crédito: ESO/M. Kornmesser

En un estudio reciente, un equipo internacional de astrónomos dirigido por el Observatorio Europeo Austral (ESO) descubrió una galaxia en el Universo primitivo que podría revelar más sobre esta evolución. Utilizando el Very Large Telescope (VLT) y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile, observaron un enjambre de galaxias que orbitaban alrededor de una galaxia muy brillante y de formación estelar vigorosa en el Universo primitivo. Estas observaciones brindan una nueva visión de cómo las galaxias excepcionalmente brillantes crecen y evolucionan hasta convertirse en cuásares y emiten poderosos chorros de luz en todo el Universo observable.

La investigación fue dirigida por Michele Ginolfi, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Garching, Alemania. A él se unieron investigadores del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), el Laboratorio Cavendish, el Instituto Kavli de Cosmología, el Instituto Max Planck de Astrofísica (MPIA), el Centro Cosmic Dawn (DAWN), el Instituto Niels Bohr (NBI) , el Instituto de Astrofísica de París (IAP) y múltiples universidades. El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en la revista Nature Communications.

Observados originalmente en 1963, los cuásares (abreviatura de objetos cuasi-estelares) recibieron ese nombre porque se parecían a las estrellas pero brillaban intensamente en el espectro de radio. Hoy en día, el término se usa para describir todos los agujeros negros supermasivos que son particularmente luminosos debido a la forma en que consumen el gas, el polvo y las estrellas circundantes. Hoy en día, todavía se desconocen muchos detalles sobre cómo las galaxias pasan de ser «normales» a cuásares. Para aprender más sobre este proceso, Ginolfi y sus colegas examinaron W0410-0913, una de las galaxias más brillantes, masivas y ricas en gas observadas en el Universo primitivo.

Ubicada aproximadamente a 12 mil millones de años luz de la Tierra, esta galaxia aparece para los astrónomos como si fuera mil millones de años después del Big Bang. Lo que hace que W0410-0913 sea tan brillante es cómo su agujero negro central y las estrellas que lo rodean calientan el polvo. Esto hace que este tipo de galaxia parezca particularmente brillante en el espectro infrarrojo, lo que lleva a la designación de «galaxias oscurecidas por polvo caliente» (también conocidas como «perros calientes»). Como explicó Ginolfi en un reciente comunicado de prensa del Instituto Niels Bohr:

“Antes de convertirse en un quásar en toda regla, se cree que algunas galaxias pasan por una fase de estar muy polvorientas y muy ‘activas’ en términos de formación de estrellas y acumulación de gas en sus agujeros negros supermasivos centrales. Nos propusimos diseñar un experimento para aprender más sobre esta fase de transición”.

La galaxia masiva e hiperluminosa W0410-0913 y sus alrededores, vista 12 mil millones de años atrás en el tiempo. Crédito: M. Ginolfi y G. Jones / VLT / ESO.

Dado que la evolución de las galaxias está conectada con su entorno, Ginolfi se basó en los datos obtenidos por el instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) en el Very Large Telescope (VLT) de Chile, lo que les permitió estudiar una región 40 veces más ancha que la galaxia. sí mismo. Luego consultaron los datos de archivo obtenidos por la matriz ALMA, lo que les permitió medir el movimiento interno del gas dentro de W0410-0913. Como explicó Peter Laursen, investigador del Cosmic Dawn Center en Copenhague y coautor del estudio:

“Las observaciones revelaron que W0410-0913 está rodeado por un enjambre de no menos de 24 galaxias más pequeñas. Lo bueno del instrumento MUSE es que podemos medir no solo su posición en el cielo, sino también su distancia a lo largo de nuestra línea de visión. En otras palabras, podemos medir sus posiciones en 3D”.

Esto implica que W0410-0913 reside en una región al menos diez veces más densa que el Universo promedio. Esto no fue del todo inesperado ya que se teoriza que los perros calientes residen en entornos densos. Además, W0410-0913 ya era diez veces más masivo que nuestra galaxia cuando el Universo tenía aproximadamente 1/8 de la edad actual del Universo. Lograr este nivel de crecimiento en tan poco tiempo y alimentar un agujero negro supermasivo para lograr este nivel de brillo requeriría una cantidad sustancial de material de alimentación.

Esto es consistente con las teorías establecidas sobre cómo crecen las galaxias masivas acumulando gas y fusionándose con las galaxias satélite a través de la atracción gravitatoria. En el entorno denso que ocupaba W0410-0913, el equipo de investigación esperaba que estuviera sujeto a interacciones y fusiones con otras galaxias a un ritmo muy alto. Anticiparon además que el interior de la galaxia sería un desastre caótico de nubes de gas y estrellas arremolinadas. En este sentido, se sorprendieron cuando las observaciones de ALMA revelaron que W0410-0913 no parecía haber sido perturbado en absoluto por las interacciones con sus vecinos.

De hecho, las observaciones de ALMA mostraron que el gas y las estrellas giraban de manera ordenada alrededor del agujero negro central, aunque se movía a una velocidad increíble: ¡500 kilómetros por segundo (1,8 millones de km/h; 1,12 millones de mph)! Dijo Ginolfi:

“Combinando los resultados de los dos telescopios muy diferentes, vemos una imagen de cómo pueden evolucionar las galaxias más masivas y polvorientas. Este tipo de galaxias, etapa vital en la transición de una galaxia polvorienta y formadora de estrellas a un cuásar, tiende a crecer en ambientes muy densos. Sin embargo, a pesar de la esperada fusión frecuente con otras galaxias, estas interacciones gravitatorias no son necesariamente destructivas: alimentan la galaxia central y arremolinan un poco el gas, pero la dejan prácticamente intacta. Un poco como arrojar pequeñas piedras contra un panel de vidrio sólido: puedes rayarlo, pero no lo romperás…”

Estas observaciones brindan información sobre cómo evolucionaron las galaxias en el Universo primitivo hasta convertirse en lo que vemos hoy con los vecinos de la Vía Láctea. También proporciona las primeras pistas sobre los procesos que impulsan la evolución de los perros calientes, una población extrema y rara de galaxias en nuestro Universo. Según lo que Ginolfi y sus colegas recopilaron utilizando el VLT y ALMA, estas galaxias crecen en hábitats especiales y densos, pero aún pueden interactuar suavemente con sus compañeras. En los próximos años, habrá muchas oportunidades para realizar observaciones de seguimiento de esta y otras galaxias tempranas utilizando telescopios de próxima generación.

Esto incluye el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y el sucesor del venerable Hubble, el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace (RST), cuyo lanzamiento está programado para 2027. También están los telescopios terrestres de próxima generación que serán uniéndose al VLT y ALMA, incluido el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO y otros instrumentos de apertura de 30 metros (pie), como el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT) y el Telescopio de Treinta Metros (TMT). También se espera que conocer las complejidades de cómo evolucionaron las galaxias proporcione una nueva visión de la materia oscura, la energía oscura y conduzca a modelos más completos de evolución cósmica.

Con información de UniverseToday.com

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