Galaxy Survives Black Hole’s Feast – “Va en contra de todas las predicciones científicas actuales”

Ilustración de la galaxia llamada CQ4479. El agujero negro activo en el centro de la galaxia está consumiendo material tan rápido que el material brilla intensamente y gira hacia el centro del agujero negro, formando un quásar luminoso. Los quásares crean una energía intensa que se pensaba para detener el nacimiento de todas las estrellas y dar un golpe letal al crecimiento de una galaxia. Pero SOFIA descubrió que la galaxia CQ4479 está sobreviviendo a estas fuerzas monstruosas, reteniendo suficiente gas frío, que se muestra alrededor de los bordes en marrón, para dar a luz unas 100 estrellas del tamaño del Sol al año, que se muestran en azul. El descubrimiento está haciendo que los científicos reconsideren sus teorías de la evolución galáctica. Crédito: NASA / Daniel Rutter

Se cree que los agujeros negros más hambrientos devoran tanto material circundante que ponen fin a la vida de su galaxia anfitriona. Este proceso de banquete es tan intenso que crea un objeto altamente energético llamado quásar, uno de los objetos más brillantes del universo, a medida que la materia giratoria es absorbida por el calabozovientre. Ahora, los investigadores han encontrado una galaxia que sobrevive a las voraces fuerzas del agujero negro al continuar dando a luz nuevas estrellas, unas 100 estrellas del tamaño del Sol al año.

El descubrimiento de NASAEl telescopio de un avión, el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, puede ayudar a explicar cómo se formaron las galaxias masivas, aunque el universo actual está dominado por galaxias que ya no forman estrellas. Los resultados se publican en el Diario astrofísico.

“Esto nos muestra que el crecimiento de agujeros negros activos no detiene el nacimiento de estrellas instantáneamente, lo que va en contra de todas las predicciones científicas actuales”, dijo Allison Kirkpatrick, profesora asistente de la Universidad de Kansas en Lawrence Kansas y coautora del estudio. . “Nos está haciendo repensar nuestras teorías sobre cómo evolucionan las galaxias”.

NASA SOFIA

SOFIA vuela sobre las montañas cubiertas de nieve de Sierra Nevada con la puerta del telescopio abierta durante un vuelo de prueba. SOFIA es un avión Boeing 747SP modificado. Crédito: NASA / Jim Ross

SOFÍA, un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán, DLR, estudió una galaxia extremadamente remota, ubicada a más de 5.250 millones de años luz de distancia llamada CQ4479. En su núcleo hay un tipo especial de quásar que fue descubierto recientemente por Kirkpatrick llamado “cuásar frío”. En este tipo de cuásar, el agujero negro activo todavía se está alimentando de material de su galaxia anfitriona, pero la intensa energía del cuásar no ha devastado todo el gas frío, por lo que las estrellas pueden seguir formándose y la galaxia sigue viva. Esta es la primera vez que los investigadores tienen una visión detallada de un cuásar frío, midiendo directamente el crecimiento del agujero negro, la tasa de nacimiento de estrellas y la cantidad de gas frío que queda para alimentar la galaxia.

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“Nos sorprendió ver otra galaxia extraña que desafía las teorías actuales”, dijo Kevin Cooke, investigador postdoctoral de la Universidad de Kansas en Lawrence, Kansas, y autor principal de este estudio. “Si este crecimiento en tándem continúa, tanto el agujero negro como las estrellas que lo rodean se triplicarían en masa antes de que la galaxia llegue al final de su vida”.

HAWC + SOFIA

En 2016 se instaló una cámara infrarroja llamada Cámara de banda ancha aerotransportada de alta resolución (HAWC +) en el Observatorio estratosférico de astronomía infrarroja, SOFIA. Esta cámara astronómica crea imágenes utilizando luz infrarroja lejana, lo que permite estudios tempranos de baja temperatura. etapas de la formación de estrellas y planetas. HAWC + incluye un polarímetro, un dispositivo que mide la alineación de las ondas de luz entrantes. Con el polarímetro, HAWC + puede mapear campos magnéticos en regiones de formación de estrellas y en el entorno alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Estos nuevos mapas pueden revelar cómo la fuerza y ​​la dirección de los campos magnéticos afectan la velocidad a la que las nubes interestelares se condensan para formar nuevas estrellas. Un equipo dirigido por C. Darren Dowell en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA e incluyendo participantes de más de una docena de instituciones desarrolló el instrumento. Crédito: NASA

Como uno de los objetos más brillantes y distantes del universo, los cuásares o “fuentes de radio cuasi estelares” son notoriamente difíciles de observar porque a menudo eclipsan todo lo que los rodea. Se forman cuando un agujero negro especialmente activo consume grandes cantidades de material de la galaxia circundante, creando fuertes fuerzas gravitacionales. A medida que más y más material gira cada vez más rápido hacia el centro del agujero negro, el material se calienta y brilla intensamente. Un quásar produce tanta energía que a menudo eclipsa todo lo que lo rodea, cegando los intentos de observar su galaxia anfitriona. Las teorías actuales predicen que esta energía se calienta o expulsa el gas frío necesario para crear estrellas, deteniendo el nacimiento de estrellas y provocando un golpe letal al crecimiento de una galaxia. Pero SOFIA revela que hay un período relativamente corto en el que el nacimiento de estrellas de la galaxia puede continuar mientras el festín del agujero negro continúa impulsando las poderosas fuerzas del cuásar.

En lugar de observar directamente las estrellas recién nacidas, SOFIA utilizó su telescopio de 9 pies para detectar la luz infrarroja que irradia el polvo calentado por el proceso de formación de estrellas. Utilizando los datos recopilados por la cámara de banda ancha aerotransportada de alta resolución de SOFIA, o el instrumento HAWC +, los científicos pudieron estimar la cantidad de formación estelar durante los últimos 100 millones de años.

“SOFIA nos permite ver en esta breve ventana de tiempo donde los dos procesos pueden coexistir”, dijo Cooke. “Es el único telescopio capaz de estudiar el nacimiento de estrellas en esta galaxia sin verse abrumado por el cuásar intensamente luminoso”.

La breve ventana de crecimiento conjunto de estrellas y agujeros negros representa una fase temprana en la muerte de una galaxia, en la que la galaxia aún no ha sucumbido a los efectos devastadores del cuásar. Se necesita una investigación continua con SOFIA para saber si muchas otras galaxias pasan por una etapa similar con el crecimiento conjunto de estrellas y agujeros negros antes de llegar al final de su vida. Las observaciones futuras con el telescopio espacial James Webb, cuyo lanzamiento está programado para 2021, podrían descubrir cómo los cuásares afectan la forma general de sus galaxias anfitrionas.

Referencia: “Dying of the Light: An X-Ray Fading Cold Quasar at z ~ 0.405” por Kevin C. Cooke, Allison Kirkpatrick, Michael Estrada, Hugo Messias, Alessandro Peca, Nico Cappelluti, Tonima Tasnim Ananna, Jason Brewster, Eilat Glikman , Stephanie LaMassa, TK Daisy Leung, Jonathan R. Trump, Tracey Jane Turner y C.Megan Urry, 6 de noviembre de 2020, Diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abb94a

SOFIA es un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California gestiona el programa SOFIA, la ciencia y las operaciones de la misión en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de Universidades, con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA de la Universidad de Stuttgart. La aeronave es mantenida y operada por el Armstrong Flight Research Center Building 703 de la NASA, en Palmdale, California. El instrumento HAWC + fue desarrollado y entregado a la NASA por un equipo de instituciones múltiples liderado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL).