Tsunamis de quásares caracterizan las galaxias.

Utilizando las capacidades únicas del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, un equipo de astrónomos descubrió los flujos de energía más enérgicos jamás vistos en el Universo. Emanan de los quásares y atraviesan el espacio interestelar como los tsunamis, causando estragos en las galaxias en las que viven los quásares.

Los quásares son objetos celestes extremadamente remotos, que emiten cantidades excepcionalmente grandes de energía. Los quásares contienen agujeros negros supermasivos alimentados por materia que cae y puede brillar 1000 veces más que sus galaxias anfitrionas de cientos de miles de millones de estrellas.

A medida que el agujero negro devora la materia, el gas caliente lo rodea y emite radiación intensa, creando el quásar. Los vientos, impulsados ​​por la presión de radiación de las proximidades del agujero negro, empujan el material lejos del centro de la galaxia. Estos flujos de salida se aceleran a velocidades impresionantes que representan un pequeño porcentaje de la velocidad de la luz.

“Ningún otro fenómeno lleva más energía mecánica. Durante la vida útil de 10 millones de años, estas emanaciones producen un millón de veces más energía que una explosión de rayos gamma”, explicó el investigador principal, Nahum Arav, de Virginia Tech en Blacksburg, Virginia. “Los vientos empujan el material de cientos de masas solares cada año. La cantidad de energía mecánica que transportan estas expulsiones es hasta varios cientos de veces mayor que la luminosidad de toda la galaxia de la Vía Láctea”.


Esta es una ilustración de una galaxia distante con un quásar activo en su centro. Un quásar emite cantidades excepcionalmente grandes de energía generadas por un agujero negro supermasivo alimentado por la materia que cae. Utilizando las capacidades únicas del Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos han descubierto que la presión de radiación abrasadora de la vecindad del agujero negro empuja el material lejos del centro de la galaxia a una fracción de la velocidad de la luz. Los “vientos quásares” impulsan cientos de masas solares de material cada año. Esto afecta a toda la galaxia a medida que el material cae en el gas y el polvo circundantes.
Créditos: NASA, ESA y J. Olmsted (STScI)

Los vientos del quásar arrasan material a través del disco de la galaxia. El material que de otro modo habría formado nuevas estrellas es barrido violentamente de la galaxia, haciendo que cese el nacimiento de las estrellas. La radiación empuja el gas y el polvo a distancias mucho mayores de lo que los científicos pensaban anteriormente, creando un evento en toda la galaxia.

A medida que este tsunami cósmico se estrella contra material interestelar, la temperatura en el frente de choque aumenta a miles de millones de grados, donde el material brilla en gran medida en rayos X, pero también ampliamente en todo el espectro de luz. Cualquiera que presenciara este evento vería una brillante exhibición celestial. “Obtendría mucha radiación primero en rayos X y rayos gamma, y ​​luego se filtraría a la luz visible e infrarroja”, dijo Arav. “Tendrían un gran espectáculo de luces, como árboles de Navidad en toda la galaxia”.

Las simulaciones numéricas de la evolución de la galaxia sugieren que tales flujos de salida pueden explicar algunos rompecabezas cosmológicos importantes, como por qué los astrónomos observan tan pocas galaxias grandes en el Universo y por qué existe una relación entre la masa de la galaxia y la masa de su agujero negro central. Este estudio muestra que tales flujos de salida de cuásar potentes deberían prevalecer en el Universo primitivo.

“Tanto los teóricos como los observadores han sabido durante décadas que hay un proceso físico que impide la formación de estrellas en galaxias masivas, pero la naturaleza de ese proceso ha sido un misterio. Poner los flujos observados en nuestras simulaciones resuelve estos problemas sobresalientes en la evolución galáctica, “explicó el eminente cosmólogo Jeremiah P. Ostriker de la Universidad de Columbia en Nueva York y la Universidad de Princeton en Nueva Jersey.

Los astrónomos estudiaron 13 emisiones de quásar, y pudieron observar la velocidad vertiginosa del gas acelerado por el viento del quásar observando las “huellas digitales” espectrales de la luz del gas incandescente. Los datos ultravioletas del Hubble muestran que estas características de absorción de luz creadas a partir del material a lo largo de la trayectoria de la luz se desplazaron en el espectro debido al rápido movimiento del gas a través del espacio. Esto se debe al efecto Doppler, donde el movimiento de un objeto comprime o estira las longitudes de onda de la luz dependiendo de si se está acercando o alejando de nosotros. Solo el Hubble tiene el rango específico de sensibilidad ultravioleta que permite a los astrónomos obtener las observaciones necesarias que conducen a este descubrimiento.

Además de medir los quásares más enérgicos jamás observados, el equipo también descubrió un flujo de salida que se acelera más rápido que cualquier otro. Aumentó de casi 70 millones de kilómetros por hora a aproximadamente 474 millones de kilómetros por hora en un período de tres años. Los científicos creen que su aceleración continuará aumentando con el tiempo.

“Las observaciones ultravioletas del Hubble nos permiten seguir todo el rango de producción de energía de los quásares, desde el gas más frío hasta el gas extremadamente caliente y altamente ionizado en los vientos más masivos”, agregó el miembro del equipo Gerard Kriss del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. “Anteriormente solo eran visibles con observaciones de rayos X mucho más difíciles. Estos flujos de salida potentes pueden proporcionar nuevas ideas sobre el vínculo entre el crecimiento de un agujero negro supermasivo central y el desarrollo de toda su galaxia anfitriona”.

El equipo también incluye al estudiante graduado Xinfeng Xu y al investigador postdoctoral Timothy Miller, ambos de Virginia Tech, así como a Rachel Plesha del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial. Los hallazgos se publicaron en una serie de seis artículos en marzo de 2020, como un tema central de The Astrophysical Journal Supplements.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) realiza operaciones científicas de Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.