Utilizando el telescopio SOFIA de la NASA, investigadores de la Universidad de Kansas han descubierto que CQ 4479, una galaxia que nunca antes había sido estudiada de cerca, está generando nuevas estrellas a pesar del AGN luminoso en el centro de la galaxia. Crédito: NASA / Daniel Rutter
Investigadores de la Universidad de Kansas han descrito una galaxia a más de 5.250 millones de años luz de distancia que atraviesa una etapa raramente vista en su ciclo de vida galáctico. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en el Diario astrofísico.
La galaxia, denominada CQ 4479, muestra características que normalmente no coexisten: un núcleo galáctico activo luminoso de rayos X (AGN) y un suministro de gas frío que alimenta las altas tasas de formación de estrellas.
«Galaxias masivas, como la nuestra Vía láctea, organizar un supermasivo calabozo en sus corazones, estos son agujeros negros que crecen al acrecentar gas interestelar sobre sí mismos para volverse más masivos ”, dijo Kevin Cooke, autor principal e investigador postdoctoral en el Departamento de Física y Astronomía de KU. “Se cree que el final del crecimiento galáctico ocurre cuando esta acumulación de gas en el agujero negro ocurre en cantidades suficientes para producir una enorme cantidad de energía. Entonces, toda esa energía que rodea al agujero negro en realidad calentará el resto del gas en toda la galaxia de tal manera que no pueda condensarse más para formar estrellas y el crecimiento de la galaxia se detendrá «.
La concepción de un artista de CG4479. Esta es una galaxia asimétrica que forma activamente nuevas estrellas en las afueras. El agujero negro supermasivo central está acumulando rápidamente material nuevo y es de color azul debido a la falta de polvo que lo rodea. Este proceso de acreción está provocando que los vientos energéticos barren el gas central y el polvo fuera de la galaxia, lo que finalmente privará a la galaxia del combustible para formar nuevas estrellas. Crédito: Cooke, et. Alabama.
En cambio, los investigadores de KU encontraron que CQ 4479, una galaxia que nunca antes había sido estudiada de cerca, seguía generando nuevas estrellas a pesar del AGN luminoso en el centro de la galaxia.
«Normalmente, esperamos que eso apague todo lo demás», dijo Cooke. “Pero en cambio, vemos que se forman cantidades masivas de nuevas estrellas en esta galaxia. Por lo tanto, es una ventana de tiempo muy limitada en la que se puede ver el crecimiento del agujero negro y las estrellas que lo rodean al mismo tiempo «.
Los investigadores observaron el cuásar frío utilizando principalmente NASAes SOFÍA telescopio infrarrojo, que vuela a bordo de un avión Boeing 747. Otras mediciones se realizaron utilizando fotometría FUV-FIR y espectroscopía óptica. El trabajo fue apoyado por una subvención de la NASA a la investigadora principal Allison Kirkpatrick, profesora asistente de física y astronomía en KU, quien coescribió el nuevo artículo.
Una imagen óptica de la galaxia de DESI Legacy Imaging Survey. La emisión azul se origina a partir de gas caliente cerca del agujero negro supermasivo central. El objeto rojo y, posiblemente, una tenue cola de marea en la parte superior derecha son de origen misterioso. Posiblemente sean firmas de una fusión reciente. Crédito: Cooke, et. Alabama.
Kirkpatrick dijo que los diversos métodos del equipo para observar la galaxia mostraron datos contradictorios, lo que hace que la naturaleza de CQ 4479 sea aún más un rompecabezas.
«Lo que es realmente único acerca de esta fuente es que tenemos diferentes medidas de la producción de energía cerca del agujero negro», dijo Kirkpatrick. “Eso te dice qué tan rápido está creciendo el agujero negro y también su retroalimentación hacia la galaxia anfitriona que puede detener la formación de estrellas. Tenemos de todo, desde rayos X hasta ópticos e infrarrojos, por lo que podemos medir varias firmas diferentes de la producción de energía del agujero negro. Y las firmas no concuerdan, eso es realmente raro. Una interpretación es que el crecimiento del agujero negro se está desacelerando, porque los rayos X provienen justo al lado del agujero negro, mientras que las firmas ópticas provienen de un poco más lejos y las firmas infrarrojas provienen de más lejos también. Esencialmente, parece que se está produciendo menos energía alrededor del agujero negro ahora que en el pasado «.
Los investigadores parecen estar mirando una instantánea de la galaxia durante una etapa fundamental de su vida útil.
«Creo que esta es una galaxia que atraviesa una crisis de la mediana edad», dijo Kirkpatrick. “Está pasando por una última explosión de formación estelar. La mayor parte de su masa solar ya está en su lugar. Está formando algunas estrellas más ahora, y lo que finalmente va a matarlo está comenzando a hacer efecto «.
En parte, la investigación en KU fue realizada por el estudiante de pregrado y coautor de Kirkpatrick, Michael Estrada, ahora estudiante de posgrado en Universidad de Florida.
«Hizo el análisis de datos de la espectroscopia óptica y midió la masa del agujero negro por nosotros», dijo Kirkpatrick.
Aún quedan otras preguntas sobre la estructura física de la galaxia porque la instrumentación actual disponible para los astrónomos no proporciona imágenes lo suficientemente claras de CQ 4479.
“La imagen que tenemos muestra una mancha central y luego una mancha un poco más pequeña debajo de ella”, dijo Kirkpatrick. “Así que no tenemos un buen sentido de cómo se ve esta galaxia porque el AGN central es tan brillante que brilla sobre el resto de la galaxia anfitriona. Este es un problema real que afecta a todos los estudios de AGN: cuando se trata de las cosas más luminosas, tienden a eclipsar a su anfitrión en casi todas las longitudes de onda «.
Los investigadores dijeron que CQ 4479 requeriría más estudio, particularmente utilizando el ALMA Observatorio y la NASA Telescopio espacial James Webb – el telescopio espacial más poderoso jamás diseñado y actualmente programado para su lanzamiento el 31 de octubre de 2021. Tanto Cooke como Kirkpatrick esperan realizar más investigaciones del extraño quásar frío una vez que se lance el telescopio.
«Actualmente contamos con James Webb, porque tendrá una resolución excelente y deberíamos poder observar longitudes de onda en las que podemos ver la forma de la galaxia», dijo Kirkpatrick. “Otra buena opción sería ALMA. Pero, lamentablemente, ALMA se ha cerrado temporalmente debido a COVID. Nos hemos visto frustrados al ver la galaxia anfitriona «.
La importancia de comprender los extraños procesos que se están produciendo en una galaxia a 5.250 millones de años luz de la Tierra puede parecer una ola al principio, pero Cooke dijo que una mejor comprensión del quásar frío podría mejorar la comprensión del cosmos y el destino de nuestra propia galaxia.
“Esto se relaciona mucho con preguntar ‘¿de dónde venimos?’ y ‘¿Qué procesos estuvieron involucrados en la creación de galaxias?’, y eso es importante porque vivimos en una galaxia ”, dijo Cooke. “Vivimos en una de estas vastas colecciones de miles de millones de estrellas y conocer los procesos de lo que creó nuestro hogar es información valiosa. Tratar de comprender preguntas importantes como estas también estimula importantes desarrollos de ingeniería aquí en la Tierra, como la tecnología de detectores y toda la ingeniería sofisticada que se incluye en el telescopio SOFIA; hay muchas formas en que este tipo de trabajo nos beneficia aquí en la Tierra. . «
Lea Galaxy Survives Black Hole’s Feast para obtener más información sobre este estudio.
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
Además del equipo de KU, los coautores del artículo fueron Hugo Messias del Observatorio Conjunto ALMA y el Observatorio Europeo Austral en Chile; Alessandro Peca y Nico Cappelluti de la Universidad de Miami; Tonima Tasnim Ananna y C. Megan Urry de Universidad de Yale y Dartmouth College; Jason Brewster y Tracey Jane Turner de la Universidad de Maryland-Condado de Baltimore; Eilat Glikman de Middlebury College; Stephanie LaMassa del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial; TK Daisy Leung de la Universidad de Cornell y el Centro de Astrofísica Computacional; y Jonathan Trump de la Universidad de Connecticut.