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30 de Julio de 2019
Astrofísica

Grandes agujeros negros en pequeñas galaxias

Se ha visto que galaxias «enanas», pequeñas, de poco brillo pues, ocultan agujeros negros que expelen gas desde sus inmediaciones.

Representación artística de los vientos creados por un agujero negro en el centro de una galaxia [ESO/M. Kornmesser].

Hasta las galaxias pequeñas tienen agujeros negros enormes. Este es el resumen de un nuevo estudio sobre las galaxias llamadas enanas, tan pequeñas y con tan poco brillo que solo se conocen ejemplos bastante cercanos. Más aún, esos agujeros negros tienen algo de explosivo: son los motores de fuertes chorros de gas y radiación que sofocan el crecimiento de la galaxia.

«Es una de esas cosas que se tiene la esperanza de ver y que llegan como un trueno», dice Gabriela Canalizo, astrónoma de la Universidad de California en Riverside, que dirigió el equipo de investigación. Ella y sus colaboradores se han encontrado con galaxias enanas que tienen agujeros negros que ofrecen una retroalimentación energética más fuerte de lo que se esperaban. Han remitido su trabajo a The Astrophysical Journal.

Los astrofísicos creían que las galaxias más grandes (como nuestra propia Vía Láctea) poseían el monopolio de los agujeros negros gigantescos, a menudo activos, que se sitúan en el centro de una galaxia. Los astrónomos dan con ellos bien al divisar las vertiginosas vueltas que estrellas cercanas dan a su alrededor, bien al captar el resplandor que se produce cuando en ellos caen estrellas o masas de gas, lo que crea un «núcleo activo de galaxia» que desprende grandes cantidades de radiación.

Pero la debilidad y el tamaño minúsculo de las galaxias activas hacen que sea muy difícil detectar sus agujeros negros. Mientras que la Vía Láctea contiene unos cientos de miles de millones de estrellas, las galaxias enanas albergan como mucho unos cientos o miles de millones. Al tener pocas estrellas cuya trayectoria se pueda seguir y poco gas y polvo para alimentar un núcleo galáctico activo, se suponía que sus agujeros negros centrales, de haberlos, harían honor a su nombre y tendrían entornos demasiado oscuros para que ayudasen a descubrirlos. «Creemos que están ahí», en parte porque hay simulaciones de ordenador que los predicen, dice Jillian Bellovary, astrofísica del Museo Americano de Historia Natural. «Pero son invisibles».

Ya no. Las investigadoras empezaron a buscarlos cribando el Estudio Digital de los Cielos Sloan, en esencia un inmenso mapa del cielo nocturno boreal confeccionado gracias a muchos años de observaciones. Seleccionaron 29 galaxias enanas, bastante cercanas, y se guiaron por dos criterios. El primero, buscar radiación de ciertas longitudes de onda ópticas e infrarrojas que no pudiese venir solo de las estrellas: sería un indicio de la existencia de un núcleo galáctivo activo. El segundo, que las galaxias fuesen de disco, con el borde de este mirando hacia nosotros. Es más fácil estudiar el movimiento de los gases en galaxias así que en las que nos muestran de frente la cara del disco.

Emplearon entonces el gigantesco telescopio Keck de Hawai para efectuar observaciones adicionales. Al observar más de cerca las 29 galaxias candidatas, encontraron 13 que mostraban indicios de la presencia de iones de oxígeno que habían perdido dos de sus electrones, señal reveladora de un núcleo galáctico activo. Establecieron también que el gas de esas 13 galaxias manaba a velocidades de hasta mil kilómetros por segundo, lo suficientemente deprisa para que al menos parte del gas supere la atracción gravitatoria de la galaxia y brote hacia el espacio intergaláctico.

Nueve de las galaxias enanas que ocultan agujeros negros masivos en sus núcleos [arXiv:1905.09287v1].Estos potentes flujos de gas cambian lo que sabemos del crecimiento de esas galaxias. Las galaxias crecen cuando grandes masas de gas colapsan y forman nuevas estrellas. Durante este proceso otras estrellas mueren en explosiones de supernova, que lo perturban y expulsan gas de la galaxia.

«Creíamos que el crecimiento de las galaxias enanas estaba regulado por las explosiones supernova», dice Mar Mezcua, astrónoma del Instituto de Ciencias del Espacio de Barcelona. Pero esos agujeros negros masivos son unos disruptores mucho más potentes. «Pudiera ser que ocurriese como en galaxias de una masa mucho mayor», cuyo crecimiento está dominado por los enormes agujeros negros centrales y los núcleos galácticos activos que crean, dice.

La investigación afecta también al punto de vista ordinario sobre cómo llegaron a existir los mayores agujeros negros del universo. Muchos astrofísicos, incluida Bellovary, piensan que los agujeros negros supermasivos crecen cuando galaxias enteras chocan entre sí, lo que hace que a su vez sus agujeros negros centrales choquen el uno con el otro y formen uno mayor. Si las galaxias enanas albergan grandes agujeros negros, las colisiones entre estas galaxias menores podría construir finalmente agujeros de la variedad supermasiva, que pueden tener masas incluso de miles de millones de soles.

La contrastación de esta idea podría tener que esperar a la Antena Espacial del Interferómetro Láser (LISA) de la Agencia Espacial Europea. Está diseñada para medir las ondas gravitatorias que emanan de la colisión de agujeros negros no tan grandes, como los que ahora se sabe que se encuentran en las galaxias enanas. El lanzamiento está planeado  para dentro de quince años.  

Ramin Skibba / Quanta Magazine

Artículo traducido por Investigación y Ciencia con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: «AGN-Driven Outflows in Dwarf Galaxies», de Christina Manzano-King, Gabriela Canalizo y Laura Sales en arXiv:1905.09287 [astro-ph.GA].

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