La investigación que combina observaciones sistemáticas con simulaciones cosmológicas ha descubierto que, sorprendentemente, los agujeros negros pueden ayudar a ciertas galaxias a formar nuevas estrellas. En las escalas de las galaxias, el papel de los agujeros negros supermasivos en la formación de estrellas se había visto anteriormente como agujeros negros destructivos: activos.puede despojar a las galaxias del gas que necesitan las galaxias para formar nuevas estrellas. Los nuevos resultados, publicados en la revista Naturaleza , muestran situaciones en las que los agujeros negros activos pueden, en cambio, "despejar el camino" para las galaxias que orbitan dentro de grupos o cúmulos de galaxias, evitando que esas galaxias tengan su formación estelar interrumpida mientras vuelan a través del gas intergaláctico circundante.
Se cree principalmente que los agujeros negros activos tienen una influencia destructiva en su entorno. A medida que arrojan energía a su galaxia anfitriona, se calientan y expulsan el gas de esa galaxia, lo que dificulta que la galaxia produzca nuevas estrellas. Pero ahora,Los investigadores han descubierto que la misma actividad puede ayudar con la formación de estrellas, al menos para las galaxias satélites que orbitan alrededor de la galaxia anfitriona.
El resultado contraintuitivo surgió de una colaboración provocada por una conversación a la hora del almuerzo entre astrónomos especializados en simulaciones por computadora a gran escala y observadores. Como tal, es un buen ejemplo del tipo de interacción informal que se ha vuelto más difícil bajo una pandemiacondiciones.
Las observaciones astronómicas que incluyen tomar el espectro de una galaxia distante, la separación similar a un arco iris de la luz de una galaxia en diferentes longitudes de onda, permiten mediciones bastante directas de la velocidad a la que esa galaxia está formando nuevas estrellas.
Según tales mediciones, algunas galaxias están formando estrellas a un ritmo bastante tranquilo. En nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, solo nacen una o dos estrellas nuevas cada año. Otras experimentan breves estallidos de actividad de formación estelar excesiva, llamados "estallidos de estrellas,"con cientos de estrellas nacidas por año. En otras galaxias, la formación de estrellas parece estar suprimida o" apagada ", como dicen los astrónomos: tales galaxias prácticamente han dejado de formar nuevas estrellas.
Un tipo especial de galaxia, cuyos especímenes se encuentran con frecuencia, casi la mitad de las veces, en un estado tan apagado, son las llamadas galaxias satélite. Estas son parte de un grupo o cúmulo de galaxias, sula masa es comparativamente baja y orbitan una galaxia central mucho más masiva similar a la forma en que los satélites orbitan la Tierra.
Tales galaxias suelen formar muy pocas estrellas nuevas, si es que lo hacen, y desde la década de 1970, los astrónomos han sospechado que algo muy parecido al viento en contra podría ser el culpable: los grupos y cúmulos de galaxias no solo contienen galaxias, sino también bastante delgadas.gas que llena el espacio intergaláctico.
Cuando una galaxia satélite orbita a través del cúmulo a una velocidad de cientos de kilómetros por segundo, el gas delgado haría que se sintiera el mismo tipo de "viento en contra" que sentiría alguien que conduzca una bicicleta rápida o una motocicleta.Las estrellas de la galaxia satélite son demasiado compactas para verse afectadas por el flujo constante de gas intergaláctico que se aproxima.
Pero el propio gas de la galaxia satélite no lo es: sería despojado por el gas caliente que se aproxima en un proceso conocido como "extracción por presión de ariete". Por otro lado, una galaxia que se mueve rápidamente no tiene ninguna posibilidad de atraer suficientecantidad de gas intergaláctico, para reponer su reserva de gas. El resultado es que tales galaxias satélites pierden su gas casi por completo, y con él la materia prima necesaria para la formación de estrellas. Como resultado, la actividad de formación de estrellas se extinguiría.
Los procesos en cuestión tienen lugar durante millones o incluso miles de millones de años, por lo que no podemos verlos pasar directamente. Pero aun así, hay formas para que los astrónomos aprendan más. Pueden utilizar simulaciones por computadora de universos virtuales, programadas paraseguir las leyes pertinentes de la física y comparar los resultados con lo que realmente observamos. Y pueden buscar pistas reveladoras en la "instantánea" completa de la evolución cósmica que proporcionan las observaciones astronómicas.
Annalisa Pillepich, líder de grupo en el Instituto Max Planck de Astronomía MPIA, se especializa en simulaciones de este tipo. El conjunto de simulaciones IllustrisTNG, que Pillepich ha codirigido, proporciona los universos virtuales más detallados hasta la fecha: universosen el que los investigadores pueden seguir el movimiento del gas en escalas comparativamente pequeñas.
IllustrisTNG proporciona algunos ejemplos extremos de galaxias satélites que han sido despojadas recientemente por la presión del ariete: las llamadas "galaxias medusas", que están arrastrando los restos de su gas como las medusas están arrastrando sus tentáculos. De hecho, identificando todas las medusas enlas simulaciones es un proyecto de ciencia ciudadana lanzado recientemente en la plataforma Zooniverse, donde los voluntarios pueden ayudar con la investigación de ese tipo de galaxia recién apagada.
Pero, si bien las galaxias medusas son relevantes, no están donde comenzó el presente proyecto de investigación. Durante el almuerzo de noviembre de 2019, Pillepich relató uno diferente de sus resultados de IllustrisTNG a Ignacio Martín-Navarro, astrónomo especializado en observaciones, que estuvo enMPIA en una beca Marie Curie. Un resultado sobre la influencia de los agujeros negros supermasivos que llegaron más allá de la galaxia anfitriona, en el espacio intergaláctico.
Estos agujeros negros supermasivos se pueden encontrar en el centro de todas las galaxias. La materia que cae sobre un agujero negro de este tipo generalmente se convierte en parte de un llamado disco de acreción giratorio que rodea al agujero negro, antes de caer en el agujero negro mismo.El disco de acreción libera una enorme cantidad de energía en forma de radiación y, a menudo, también en forma de dos chorros de partículas que se mueven rápidamente, que se alejan del agujero negro en ángulo recto con el disco de acreción. Un agujero negro supermasivo que esemitir energía de esta manera se denomina Núcleo Galáctico Activo, AGN para abreviar.
Si bien IllustrisTNG no es lo suficientemente detallado como para incluir chorros de agujeros negros, sí contiene términos físicos que simulan cómo un AGN agrega energía al gas circundante. Y como mostró la simulación, esa inyección de energía conducirá a salidas de gas, que a su vezse orientarán a lo largo de un camino de menor resistencia: en el caso de galaxias de disco similares a nuestra propia Vía Láctea, perpendicular al disco estelar; para las llamadas galaxias elípticas, perpendicular a un plano preferido adecuado definido por la disposición de las estrellas de la galaxia.
Con el tiempo, las salidas de gas bipolar, perpendiculares al disco o al plano preferido, llegarán a afectar el entorno intergaláctico, el gas delgado que rodea la galaxia. Empujarán el gas intergaláctico lejos, y cada salida creará una gigantescaFue este relato lo que hizo pensar a Pillepich y Martín-Navarro: si una galaxia satélite pasara a través de esa burbuja, ¿se vería afectada por el flujo de salida y su actividad de formación estelar se extinguiría aún más?
Martín-Navarro abordó esta cuestión dentro de su propio dominio. Tenía una amplia experiencia trabajando con datos de una de las encuestas sistemáticas más grandes hasta la fecha: la Sloan Digital Sky Survey SDSS, que proporciona imágenes de alta calidad de una granparte del hemisferio norte. En los datos disponibles públicamente de la décima encuesta, examinó 30.000 grupos y cúmulos de galaxias, cada uno de los cuales contiene una galaxia central y un promedio de 4 galaxias satélite
En un análisis estadístico de esos miles de sistemas, encontró una pequeña, pero marcada diferencia entre las galaxias satélites que estaban cerca del plano preferido de la galaxia central y los satélites que estaban marcadamente arriba y abajo. Pero la diferencia estaba en la dirección opuesta a la de la galaxia central.Los investigadores habían esperado: los satélites por encima y por debajo del plano, dentro de las burbujas más delgadas, en promedio no tenían más probabilidades, pero aproximadamente un 5% menos de probabilidades de haber tenido su actividad de formación de estrellas apagada.
Con ese sorprendente resultado, Martín-Navarro volvió a Annalisa Pillepich, y los dos realizaron el mismo tipo de análisis estadístico en el universo virtual de las simulaciones IllustrisTNG. En simulaciones de ese tipo, después de todo, la evolución cósmica no se pone en"a mano" por los investigadores. En cambio, el software incluye reglas que modelan las reglas de la física para ese universo virtual de la manera más natural posible, y que también incluyen condiciones iniciales adecuadas que corresponden al estado de nuestro propio universo poco después del Big Bang.
Es por eso que simulaciones como esa dejan espacio para lo inesperado, en este caso particular, para redescubrir la distribución en el plano y fuera del plano de las galaxias satélites apagadas: el universo virtual mostró la misma desviación del 5% para la extinciónde las galaxias satélite! Evidentemente, los investigadores estaban en algo.
Con el tiempo, a Pillepich, Martín-Navarro y sus colegas se les ocurrió una hipótesis para el mecanismo físico detrás de la variación de extinción. Considere una galaxia satélite que viaja a través de una de las burbujas adelgazadas que el agujero negro central ha soplado hacia el intergaláctico circundante.media. Debido a la densidad más baja, esa galaxia satélite experimenta menos viento en contra, menos presión de ariete y, por lo tanto, es menos probable que se le quite el gas.
Entonces, todo depende de las estadísticas. Para las galaxias satélites que ya han orbitado las mismas galaxias centrales varias veces, atravesando burbujas pero también las regiones de mayor densidad en el medio, el efecto no será notable. Tales galaxias habrán perdido su gasHace mucho tiempo.
Pero para las galaxias satélites que se han unido al grupo, o cúmulo, bastante recientemente, la ubicación marcará la diferencia: si esos satélites aterrizan primero en una burbuja, es menos probable que pierdan su gas entonces si aterrizan fuerauna burbuja. Este efecto podría explicar la diferencia estadística para las galaxias satélites apagadas.
Con la excelente concordancia entre los análisis estadísticos de las observaciones de SDSS y las simulaciones de IllustrisTNG, y con una hipótesis plausible para un mecanismo, este es un resultado muy prometedor. En el contexto de la evolución de las galaxias, es particularmente interesante porque confirmaindirectamente, el papel de los núcleos galácticos activos no solo calienta el gas intergaláctico, sino que también lo "aleja" activamente para crear regiones de menor densidad. Y, como ocurre con todos los resultados prometedores, ahora hay una serie de direcciones naturales en las que Martín-Navarro, Pillepich y sus colegas u otros científicos pueden tomar para explorar más.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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