El agujero negro que no puede hacer su trabajo.


Crédito de la imagen: rayos X: NASA / CXO / Univ. de Montreal / J. Hlavacek-Larrondo y col; Óptico: NASA / STScI.

Los astrónomos han descubierto lo que puede suceder cuando un agujero negro gigante no interviene en la vida de un cúmulo de galaxias. Utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios, han demostrado que el comportamiento pasivo del agujero negro puede explicar un torrente notable de formación estelar que ocurre en un cúmulo de galaxias distantes.

Los cúmulos de galaxias contienen cientos o miles de galaxias impregnadas de gas caliente que emite rayos X que supera la masa combinada de todas esas galaxias. Las eyecciones de material impulsado por un agujero negro supermasivo en el cúmulo central de la galaxia generalmente evitan que este gas caliente se enfríe y forme un gran número de estrellas. Este calentamiento permite que los agujeros negros supermasivos influyan o controlen la actividad y la evolución de su entorno.

Pero, ¿qué sucede si ese agujero negro deja de estar activo? El cúmulo de galaxias SpARCS104922.6 + 564032.5 (SpARCS1049 para abreviar) ubicado a 9,9 mil millones de años luz de distancia de la Tierra está proporcionando una respuesta.

Basado en observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Telescopio Espacial Spitzer, los astrónomos habían descubierto previamente que las estrellas se formaban a una velocidad extraordinaria de alrededor de 900 nuevos soles en masa por año en SpARCS1049. Esto es más de 300 veces más rápido que la velocidad a la que nuestra galaxia, la Vía Láctea, está formando sus estrellas. (Al ritmo visto en SpARCS1049, todas las estrellas en la Vía Láctea podrían formarse en solo 100 millones de años, que es un período de tiempo corto en comparación con la edad de nuestra galaxia de más de diez mil millones de años).

“Me recuerda la antigua expresión de cuando el gato está lejos, los ratones jugarán “, dijo Julie Hlavacek-Larrondo, de la Universidad de Montreal en Canadá, quien dirigió el estudio. “Aquí el gato, o el agujero negro, está tranquilo y los ratones, o las estrellas, están muy ocupados”.

Esta furiosa formación estelar está ocurriendo a unos 80.000 años luz de distancia del centro de SpARCS1049 en una región fuera de cualquier cúmulo de galaxias. Los astrónomos se han estado preguntando: ¿qué está causando este prodigioso ciclo de nacimiento de estrellas?

La respuesta puede venir de los nuevos datos de Chandra que revelan el comportamiento del gas caliente en SpARCS1049. En la mayor parte del grupo, la temperatura del gas es de aproximadamente 65 millones de grados. Sin embargo, en el sitio de formación estelar, el gas es más denso que el promedio y se ha enfriado a una temperatura de solo unos 10 millones de grados. La presencia de este gas más frío sugiere que otros depósitos de gas no detectados se han enfriado a temperaturas aún más bajas que permiten que se formen grandes cantidades de estrellas.

“Sin el agujero negro que bombea energía activamente a su entorno, el gas puede enfriarse lo suficiente como para que pueda ocurrir esta impresionante tasa de formación de estrellas”, dijo el coautor Carter Rhea, también de la Universidad de Montreal. “Este tipo de agujero negro cerrado puede ser una forma crucial para que se formen estrellas en el Universo temprano”.

Si bien hay muchos ejemplos en los que la energía inyectada por los agujeros negros en su entorno es responsable de reducir la tasa de formación de estrellas por factores de decenas o miles o más, estos cúmulos generalmente están a solo unos cientos de millones de años luz de la Tierra y son mucho más antiguos que SpARCS1049.

En el caso de SpARCS1049, los astrónomos no ven ningún signo de que un agujero negro supermasivo en la galaxia central esté empujando activamente la materia. Por ejemplo, no hay evidencia de un chorro de material que se aleje del agujero negro en las longitudes de onda de radio, o de una fuente de rayos X desde el centro de la galaxia que indique que la materia se calentó al caer hacia un agujero negro.

“Muchos astrónomos han pensado que sin la intervención de un agujero negro, la formación de estrellas se descontrolaría”, dijo el coautor Tracy Webb de McGill, quien descubrió por primera vez SpARCS1049 en 2015 con el telescopio espacial Spitzer de la NASA. “Ahora tenemos prueba de observación de que esto es realmente lo que ocurre”.

¿Por qué el agujero negro es tan tranquilo? La diferencia observada en la posición entre el gas más denso y la galaxia central podría ser la causa. Esto significaría que el agujero negro supermasivo en el centro de esta galaxia se está muriendo de hambre. La pérdida de una fuente de combustible para el agujero negro previene los estallidos y permite que el gas se enfríe sin impedimento, con el enfriamiento más denso y más rápido de gas. Una explicación para este desplazamiento es que dos cúmulos de galaxias más pequeños colisionaron en algún momento en el pasado para crear SpARCS1049, alejando el gas más denso de la galaxia central.

Un artículo que describe estos resultados fue publicado en The Astrophysical Journal Letters y está disponible en línea. El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde Cambridge y Burlington, Massachusetts.