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Los componentes básicos de los agujeros negros supermasivos se encuentran en las galaxias enanas

¿Evolucionó esto a partir de la fusión de diminutos agujeros negros en un objeto masivo llamado Sagitario A*? La red de observatorios de radio que hizo posible esta imagen incluye el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder Experiment (APEX) en el desierto de Atacama en Chile, que es propiedad de ESO y lo opera conjuntamente y es socio en nombre de los estados miembros europeos.

Todos sabemos que hay un enorme agujero negro en el centro de nuestra galaxia. se llama Sagitario A* (Sgr A* para abreviar) y tiene una masa de 4 millones de soles. Deberíamos ver una imagen de radio de ella hace unas semanas, mostrando su disco de acreción. Entonces, sabemos que está ahí. Los astrónomos pueden trazar sus acciones, ya que ocasionalmente devora materia y pueden ver cómo afecta a las estrellas cercanas. Los astrónomos todavía están tratando de entender cómo se formó Sgr A*.

La respuesta parece involucrar agujeros negros más pequeños, especialmente los que se encuentran en las llamadas galaxias enanas. de acuerdo a Un artículo de investigación publicado la semana pasada en The Astrophysical Journal Según los astrónomos de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, hay un tesoro completo de ellos allí. Estos objetos se encuentran dentro de muchas enanas y pueden proporcionar un eslabón perdido para el crecimiento de agujeros negros supermasivos en galaxias más grandes.

Agujeros negros masivos (y supermasivos) y sus guaridas

Entonces, profundicemos un poco más en esto, comenzando con los agujeros negros supermasivos. Está al acecho en los corazones de muchas, muchas galaxias. Estos monstruos tienen millones o miles de millones de masas solares. ¿Cómo se hicieron tan grandes? La respuesta incluye un tema que vemos en la astronomía y las ciencias planetarias: modelos jerárquicos. Esta es una excelente manera de decir que las cosas grandes surgen de cosas más pequeñas. Por ejemplo, los planetas comienzan como granos de polvo que se unen para formar rocas que se unen para formar asteroides que chocan para formar pequeños planetas que se agrupan entre sí para formar planetas.

La formación galáctica también tiene su propio modelo jerárquico. ¿Qué crea una de esas ciudades estrella? Las galaxias como la Vía Láctea comenzaron como una colección de gases en el universo primitivo. Este gas formó estrellas que evolucionaron y murieron y esparcieron su material para ayudar a crear nuevas generaciones de estrellas (y sus planetas). En muchos aspectos, las galaxias enanas son más similares a las galaxias primitivas que a las sofisticadas galaxias espirales y elípticas. Bueno, hemos simplificado las cosas aquí para echar un vistazo a un tema complejo que impulsa libros de texto completos. Y eso es incluso antes de que lleguemos a las fusiones galácticas.

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Haz crecer una gran galaxia de pequeños

Echemos un vistazo más de cerca al pasado de la Vía Láctea. Tiene una extensa historia de fusión que se remonta a miles de millones de años. Comenzó como un bebé (quizás un enano) hace unos 14 mil millones de años. Otros jóvenes se fusionaron con ella. Al final, obtuvimos la galaxia hogareña que todos conocemos y amamos hoy. (Y no olvidemos que en realidad se fusionará con la Galaxia de Andrómeda dentro de unos miles de millones de años).

Entonces, esos pequeños que se fusionaron para formar la Vía Láctea actual; Las posibilidades son buenas y algunos enanos. Son los primos pequeños de los caracoles grandes y elípticos. Una estrella típica puede tener de mil a mil millones de estrellas y luce una forma irregular. Sus estrellas son lo que los astrónomos llaman «pobres en metales» (lo que significa que son en su mayoría hidrógeno y helio). Estas extrañas pequeñas galaxias están revoloteando alrededor de algunas grandes galaxias como luciérnagas. A veces son atrapados y tragados.

Galaxia enana de Sagitario en vista completa del cielo en Gaia.  Crédito: ESA/Gaia/DPAC
Galaxia enana de Sagitario en vista completa del cielo en Gaia. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

La Vía Láctea tiene alrededor de 20 galaxias en órbita. El primero, el arco enano, reacciona y se erosiona cuando lees esto. Ha hecho el viaje a través de nuestra galaxia muchas veces. Parece que las galaxias enanas como estas pueden contener los llamados «agujeros negros en crecimiento» como parte de su estructura. Cómo sabemos esto? Los astrónomos han encontrado formas de estudiar el universo cercano para buscar galaxias enanas candidatas con agujeros negros en crecimiento.

Encontrar agujeros negros en todos los pequeños lugares

El equipo de Carolina del Norte ya ha encontrado varios de estos enanos. Todo comenzó cuando hicieron la pregunta: ¿De dónde vienen los agujeros negros supermasivos? La respuesta parece ser que crecen al chocar con otros agujeros negros. Esto tiene sentido a la manera de un modelo jerárquico.

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Los pequeños agujeros negros de masa estelar pueden colisionar, especialmente en entornos abarrotados (como una galaxia enana o un cúmulo densamente poblado). Al final, forman grumos más masivos. Tales «agujeros negros en crecimiento» se ven en galaxias grandes y brillantes, pero ¿qué pasa con las enanas? ¿Podrían tenerlo? Si lo hacen, ¿qué tan abundantes son estas pequeñas galaxias? ¿Y podrían ser clave para comprender el crecimiento de los agujeros negros supermasivos?

Para obtener respuestas a todas estas preguntas, un equipo dirigido por los profesores de UNC-Chapel Hill, Sheila Kanaban y Magda Polymera, se puso a trabajar. Analizaron datos galácticos de varias encuestas para buscar evidencia de agujeros negros en crecimiento. El equipo buscó emisiones brillantes como las que ves que indican la formación de estrellas o alrededor de los discos de acreción de agujeros negros.

Sus datos provinieron del Sloan Digital Sky Survey, así como de la Espectroscopia de Volumen Local (RESOLVE) y el Catálogo de Contexto Ambiental (ECO). Encontraron evidencia de crecimiento de agujeros negros en un gran porcentaje de galaxias enanas. Estas galaxias a veces son ‘eliminadas’ de las encuestas galácticas más brillantes porque sus emisiones no son (o no fueron) bien comprendidas. Resulta ser un tesoro oculto de la investigación del agujero negro.

Emisión brillante revela agujeros negros

La evidencia estaba en las poderosas emisiones emitidas por las regiones que rodean esos agujeros negros. Kanaban comparó el descubrimiento de este agujero negro con una fuente familiar de luz aquí en algunos lugares de la Tierra. «Al igual que las luciérnagas, solo vemos agujeros negros cuando están encendidos, a medida que crecen, y los agujeros iluminados nos dan evidencia de cuántos no podemos ver», dijo. Esencialmente, Kanaban y el equipo están hablando de galaxias enanas con agujeros negros activos en sus núcleos (en otras palabras, núcleos galácticos activos).

Los agujeros negros masivos recién descubiertos se encuentran en las galaxias enanas, donde su radiación rivaliza con la luz y la abundancia de las estrellas jóvenes.  (Imagen original de NASA y ESA/Hubble, representación artística de un agujero negro azabache por M. Polymera).
Los agujeros negros masivos recién descubiertos se encuentran en las galaxias enanas, donde su radiación rivaliza con la luz y la abundancia de las estrellas jóvenes. (Imagen original de NASA y ESA/Hubble, representación artística de un agujero negro azabache por M. Polymera).

Por supuesto, hay otras razones por las que una galaxia enana tiene emisiones tan fuertes. Por ejemplo, las enanas pueden tener ráfagas masivas de formación estelar. Esta actividad también provoca emisiones espectrales brillantes. “Todos nos pusimos nerviosos”, dijo Polymera. «La primera pregunta en mi mente fue: ¿Nos perdimos una forma en la que la formación estelar extrema por sí sola podría explicar estas galaxias?»

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Polimera ha pasado años buscando explicaciones alternativas para estos AGN enanos. Después de descartar todas las demás posibilidades, el crecimiento de los agujeros negros se ajusta mejor a los datos.

Efectos del crecimiento de monstruos de agujeros negros.

El descubrimiento de agujeros negros en crecimiento en galaxias enanas nos lleva de vuelta a la Vía Láctea y su agujero negro central. Según las implicaciones de la investigación de Carolina del Norte, es muy probable que Sgr A* creciera a medida que crecía nuestra galaxia. Las fusiones anteriores no solo se mezclaron con las estrellas, sino que cada enana también podría traer consigo su propio agujero negro en crecimiento. Tenían que ir a alguna parte, ¿verdad? Entonces, ¿por qué no se atraen (perdón por el juego de palabras) entre sí para aumentar la grandeza de Sgr A*?

«Los agujeros negros que encontramos son los componentes básicos de los agujeros negros supermasivos como los de nuestra Vía Láctea», dijo Kanaban. «Hay mucho que queremos aprender sobre ellos».

para más información

Resolver y ECO: Búsqueda de candidatos con bajo contenido de metales z~0 AGN enanos utilizando diagnósticos de línea de emisión mejorados.

Catálogo de Contexto Ambiental (ECO)

Espectroscopia repetida de un volumen local (resuelta)

Astrónomos de UNC-Chapel Hill han descubierto un grupo oculto de agujeros negros supermasivos