ALMA Observa Un Agujero Negro Que Produce Combustible Para Hacer Estrellas

Los astrónomos observan un agujero negro que produce combustible para la producción de estrellas

Esta imagen compuesta muestra poderosos chorros de radio del agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia en el Cúmulo Fénix inflando enormes “burbujas” en el gas ionizado caliente que rodea la galaxia. Las cavidades dentro de la región azul fueron fotografiadas por el observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Abrazando el exterior de estas burbujas, ALMA descubrió un tesoro inesperado de gas frío, el combustible para la formación de estrellas (rojo). La imagen de fondo es del telescopio espacial Hubble.

En un estudio recientemente publicado, un equipo de astrónomos informa haber observado chorros de gas caliente saliendo de la calabozo en el centro del Cúmulo Fénix y soplando grandes burbujas hacia los alrededores plasma .

El cúmulo de Phoenix es una enorme acumulación de unas 1.000 galaxias, ubicadas a 5.700 millones de años luz de la Tierra. En su centro se encuentra una galaxia masiva, que parece estar escupiendo estrellas a un ritmo de unas 1.000 por año. La mayoría de las otras galaxias del universo son mucho menos productivas, chirrían solo unas pocas estrellas cada año, y los científicos se han preguntado qué ha impulsado la producción estelar extrema del cúmulo de Phoenix.

Ahora los científicos de MIT , la Universidad de Cambridge y otros lugares pueden tener una respuesta. En un artículo publicado hoy en el Astrophysical Journal , el equipo informa que han observado chorros de gas caliente a 10 millones de grados que salen del agujero negro de la galaxia central y hacen salir grandes burbujas al plasma circundante.

Estos chorros normalmente actúan para sofocar la formación de estrellas al expulsar gas frío, el principal combustible que consume una galaxia para generar estrellas. Sin embargo, los investigadores encontraron que los chorros calientes y las burbujas que emanan del centro del cúmulo de Phoenix también pueden tener el efecto opuesto de producir gas frío, que a su vez llueve sobre la galaxia, alimentando más explosiones estelares. Esto sugiere que el agujero negro ha encontrado una manera de reciclar parte de su gas caliente como combustible frío para hacer estrellas.

“Pensamos que el papel de los chorros y burbujas de los agujeros negros era regular la formación de estrellas y evitar que se enfriara”, dice Michael McDonald, profesor asistente de física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Pensamos que eran ponis de un solo truco, pero ahora vemos que realmente pueden ayudar a enfriar, y no es una imagen tan corta y seca”.

Los nuevos hallazgos ayudan a explicar el excepcional poder de producción de estrellas del cúmulo Phoenix. También pueden proporcionar una nueva perspectiva sobre cómo los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas crecen y evolucionan mutuamente.

Los coautores de McDonald’s incluyen a la autora principal Helen Russell, astrónoma de la Universidad de Cambridge; y otros del Universidad de Waterloo , el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, la Universidad de Illinois y otros lugares.

Chorros calientes, filamentos fríos

El equipo analizó las observaciones del cúmulo de Phoenix recopiladas por Atacama Large Millimeter Array ( ALMA ), una colección de 66 grandes radiotelescopios repartidos por el desierto del norte de Chile. En 2015, el grupo obtuvo permiso para dirigir los telescopios en el cúmulo de Phoenix para medir sus emisiones de radio y detectar y mapear señales de gas frío.

Los investigadores analizaron los datos en busca de señales de monóxido de carbono, un gas que está presente dondequiera que haya gas hidrógeno frío. Luego convirtieron las emisiones de monóxido de carbono en gas hidrógeno, para generar un mapa de gas frío cerca del centro del cúmulo de Phoenix. La imagen resultante fue una sorpresa desconcertante.

“Uno esperaría ver un nudo de gas frío en el centro, donde ocurre la formación de estrellas”, dice McDonald. “Pero vimos estos filamentos gigantes de gas frío que se extienden 20.000 años luz desde el agujero negro central, más allá de la propia galaxia central. Es algo hermoso de ver “.

El equipo había utilizado previamente NASA Observatorio de rayos X Chandra para mapear el gas caliente del cúmulo. Estas observaciones produjeron una imagen en la que potentes chorros salieron del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz. Más lejos, los investigadores vieron que los chorros inflaban burbujas gigantes en el gas caliente.

Cuando el equipo superpuso su imagen del gas frío del cúmulo Phoenix en el mapa de gas caliente, encontraron una “correspondencia espacial perfecta”: los largos filamentos de gas gélido de 10 kelvins parecían estar envueltos sobre las burbujas de gas caliente.

“Esta puede ser la mejor imagen que tenemos de los agujeros negros que influyen en el gas frío”, dice McDonald.

Alimentando el agujero negro

Lo que los investigadores creen que está sucediendo es que, a medida que los chorros inflan burbujas de gas caliente de 10 millones de grados cerca del agujero negro, arrastran detrás de ellas una estela de gas ligeramente más frío de 1 millón de grados. Las burbujas eventualmente se desprenden de los chorros y flotan más hacia el cúmulo de galaxias, donde el rastro de gas de cada burbuja se enfría, formando largos filamentos de gas extremadamente frío que se condensan y vuelven a llover sobre el agujero negro como combustible para la formación de estrellas.

“Es una idea muy nueva que las burbujas y los chorros realmente pueden influir en la distribución del gas frío de cualquier forma”, dice McDonald.

Los científicos han estimado que hay suficiente gas frío cerca del centro del cúmulo de Phoenix para seguir produciendo estrellas a un ritmo elevado durante otros 30 a 40 millones de años. Ahora que los investigadores han identificado un nuevo mecanismo de retroalimentación que puede suministrar al agujero negro aún más gas frío, la producción estelar del cúmulo puede continuar por mucho más tiempo.

“Mientras haya gas frío alimentándolo, el agujero negro seguirá expulsando estos chorros”, dice McDonald. “Pero ahora hemos descubierto que estos chorros producen más comida o gas frío. Así que estás en este ciclo que, en teoría, podría durar mucho tiempo “.

Sospecha que la razón por la que el agujero negro es capaz de generar combustible por sí mismo podría tener algo que ver con su tamaño. Si el agujero negro es relativamente pequeño, puede producir chorros que son demasiado débiles para expulsar completamente el gas frío del cúmulo.

“Ahora mismo [el agujero negro] puede ser bastante pequeño, y sería como poner a un civil en el ring con Mike Tyson”, dice McDonald. “Simplemente no está a la altura de la tarea de soplar este gas frío lo suficientemente lejos como para que nunca vuelva”.

El equipo espera determinar la masa del agujero negro, así como identificar otros creadores de estrellas igualmente extremos en el universo.

Estudio: observaciones de ALMA de filamentos masivos de gas molecular que encierran burbujas de radio en el cúmulo de Phoenix

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