Los agujeros negros supermasivos

Cuanto más grande es el agujero negro, más rápido se "vacian" sus galaxias anfitrionas, según una nueva investigación.

Por Marina Koren para The Atlantic • 2 de enero de 2018



Las galaxias del universo crecen como nosotros. Cuando son jóvenes, son muy activos, producen nuevas estrellas a partir de nubes de polvo a un ritmo rápido. A medida que envejecen, el batido se ralentiza y finalmente se detiene. No más estrellas nuevas. Las galaxias se instalan en una relativa paz y tranquilidad.

Los astrónomos han buscado durante mucho tiempo descubrir qué es lo que conduce a esta detención en la formación de estrellas, un fenómeno conocido como "extinción". La mayoría de las simulaciones muestran que los agujeros negros supermasivos, los misteriosos objetos en el centro de la mayoría de las galaxias, deben jugar un papel importante. La única forma en que funcionan las simulaciones -la única forma en que los astrónomos pueden explicar lo que ven en las galaxias a través de sus telescopios- es si los agujeros negros de alguna manera contribuyen al enfriamiento.

Los agujeros negros no son quisquillosos. Engullan cualquier material -polvo cósmico o incluso estrellas- que caiga en su agarre gravitacional. Cuando se alimentan, el material que devoran se calienta y brilla intensamente. Los científicos le dan a esta etapa en el ciclo de vida de un agujero negro el mismo nombre Star Trek-y de núcleo galáctico activo, o AGN. El AGN, según los científicos, libera un montón de radiación, calentando gas en la galaxia e impidiendo que se enfríe lo suficiente como para condensarse en estrellas individuales y nuevas. Eventualmente, este proceso extingue cualquier nueva formación de estrellas.

Pero los científicos aún no han identificado evidencia observacional para este efecto. "Hay una larga batalla dentro de la comunidad para tratar de comprender la conexión entre los agujeros negros y la formación estelar", dijo Ignacio Martín-Navarro, investigador postdoctoral de la Universidad de California en Santa Cruz.

Para investigar esa conexión, Martín-Navarro y sus colegas analizaron recientemente galaxias masivas y los agujeros negros supermasivos que residen en sus centros. Descubrieron que los agujeros negros son realmente responsables del enfriamiento de las galaxias y que la masa de un agujero negro influye en la rapidez con la que se produce el enfriamiento.

Las galaxias con agujeros negros más masivos se apagaron antes y más rápido que las galaxias con agujeros negros menos masivos. Las galaxias con agujeros negros más grandes experimentaron tasas más intensas de formación de estrellas al principio, durante el universo temprano, que las que tenían agujeros negros más pequeños. Pero las galaxias con agujeros negros más pequeños siguieron produciendo estrellas durante más tiempo, presumiblemente porque sus agujeros negros no eran lo suficientemente potentes como para eliminar el polvo de las estrellas. Por esta razón, las galaxias con agujeros negros más pequeños tienden a tener una población de estrellas más joven.

Los hallazgos fueron publicados el lunes en un artículo en Nature. Martín-Navarro y su equipo estudiaron la luz de una muestra de galaxias dividiéndola en diferentes longitudes de onda, un método frecuentemente utilizado en astrofísica que puede revelar propiedades importantes de objetos astrofísicos, como las edades de las estrellas. Esto les permitió rastrear la historia de la formación de estrellas en cada galaxia, luego comparar esta información con las masas de los agujeros negros en los centros de las galaxias. La masa de un agujero negro sirve como un proxy para la cantidad de radiación que se arroja a la galaxia. Cuanto más grande sea el agujero negro, más radiación se liberará, más rápido será el enfriamiento.

Los hallazgos dejan intactos algunos misterios. Los científicos todavía no saben cómo un agujero negro hambriento y festivo escupe radiación que calienta las estrellas, un proceso conocido como retroalimentación. La nueva investigación "parece dar una indicación firme de cuál es el efecto de la retroalimentación del agujero negro, incluso si no llena todas las lagunas en nuestro conocimiento de cómo funciona exactamente el proceso de enfriamiento", dijo Caleb Scharf, el director del Columbia Astrobiology Center en Nueva York, en un correo electrónico.

"En pocas palabras, la relación de la masa del agujero negro con las poblaciones estelares galácticas ha sido un problema que nos ha estado mirando por más de una década, por lo que cualquier progreso para cuantificar mejor el fenómeno es extremadamente bienvenido", dijo Scharf.

Martín-Navarro dijo que otras investigaciones han intentado encontrar una conexión entre la formación estelar y el brillo de un AGN, pero con poco éxito, quizás porque la formación de estrellas ocurre durante períodos de tiempo más largos que las explosiones AGN, que pueden encenderse y apagarse. "Es realmente difícil comparar cosas en escalas de tiempo muy diferentes", dijo Martín-Navarro.

Aunque los agujeros negros supermasivos miden más de 1 millón de veces más masivas que el sol, son prácticamente diminutos en comparación con las galaxias en las que viven, dijo Martín-Navarro. A pesar de su tamaño "pequeño", los agujeros negros influyen en cómo las galaxias crecen y evolucionan en grandes formas. Es como si una sola célula en el cuerpo humano determinara la dirección de toda una vida. Eso es lo que más fascina a Martín-Navarro, que algo tan pequeño puede dictar el futuro de algo mucho más grande.




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