Retroalimentación positiva de un Agujero negro: un agujero negro nutre a las estrellas bebés a un millón de años luz de distancia.

Imagen compuesta de la radiogalaxia del tipo FRII y el campo circundante. 
En rojo, se resalta la emisión en rayos X (Chandra), en amarillo la del infrarrojo cercano (Hst) y en azul la de la banda de radio (Vla). Puede notar que el chorro de radio (azul) que comienza desde el núcleo del FRII (violeta = radio + rayos X, inmediatamente a la derecha de la estrella brillante que domina la imagen, en amarillo), apunta hacia la izquierda y termina en el lóbulo de la radio ( azul) en el centro de la emisión difusa en rayos X (rojo). La longitud de este jet es de aproximadamente un millón de años luz. 
Créditos: NASA/CXC/INAF/R. Gilli et al.; Radio NRAO/VLA; Optical: NASA/STScI.

Los agujeros negros son famosos por desgarrar objetos, incluidas las estrellas. Pero ahora, los astrónomos han descubierto un agujero negro que puede haber provocado el nacimiento de estrellas en una distancia alucinante y en múltiples galaxias.

Si se confirma, este descubrimiento, realizado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios, representaría el mayor alcance jamás visto para un agujero negro que actúa como un iniciador estelar. El agujero negro parece haber mejorado la formación estelar a más de un millón de años luz de distancia. (Un año luz equivale a 6 billones de millas).

«Esta es la primera vez que vemos un solo agujero negro impulsar el nacimiento de estrellas en más de una galaxia a la vez», dijo Roberto Gilli, del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) en Bolonia, Italia, autor principal del estudio que describe el descubrimiento. «Es sorprendente pensar que el agujero negro de una galaxia puede influir sobre lo que sucede en otras galaxias a millones de billones de millas de distancia».

Roberto Gilli, investigador del Inaf en el Observatorio de Astrofísica y Ciencias del Espacio de Bolonia.
Crédito: INAF / Bolonia.

Un agujero negro es un objeto extremadamente denso del cual no puede escapar la luz. La inmensa gravedad del agujero negro atrae el gas y el polvo circundantes, pero las partículas de una pequeña cantidad de ese material también pueden ser expulsadas a casi la velocidad de la luz. Estas partículas de rápido movimiento forman dos haces estrechos o «chorros» cerca de los polos del agujero negro.

El agujero negro supermasivo que los científicos observaron en el nuevo estudio se encuentra en el centro de una galaxia a unos 9.9 mil millones de años luz de la Tierra. Esta galaxia tiene al menos siete galaxias vecinas, según observaciones realizadas con el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral y el Large Binocular Telescope (LBT).

Utilizando la matriz muy grande Karl Jansky de la Fundación Nacional para la Ciencia (National Science Foundation), los científicos habían detectado previamente la emisión de ondas de radio de un chorro de partículas de alta energía que se extiende aproximadamente un millón de años luz. El chorro se remonta al agujero negro supermasivo, que Chandra detectó como una fuente poderosa de rayos X producidos por el gas caliente que gira alrededor del agujero negro. Gilli y sus colegas también detectaron una nube difusa de emisión de rayos X que rodea un extremo del chorro de radio. Esta emisión de rayos X probablemente se deba a una gigantesca burbuja de gas caliente calentada por la interacción de las partículas energéticas en el chorro de radio con la materia circundante.

A medida que la burbuja caliente se expandió y pasó a través de cuatro galaxias vecinas, podría haber creado una onda de choque que comprimió el gas frío en las galaxias, haciendo que se formaran estrellas. Las cuatro galaxias están aproximadamente a la misma distancia, aproximadamente 400,000 años luz, desde el centro de la burbuja. Los autores estiman que la tasa de formación de estrellas es entre dos y cinco veces mayor que en las galaxias típicas con masas y distancias similares a la Tierra.

Crédito: NASA/CXC/INAF/R. Gilli et al.; Radio NRAO/VLA; Optical: NASA/STScI.

«La historia del rey Midas habla de su toque mágico que puede convertir el metal en oro», dijo el coautor Marco Mignoli, también del INAF en Bolonia, Italia. «Aquí tenemos un caso de un agujero negro que ayudó a convertir el gas en estrellas, y su alcance es intergaláctico».

A Tour of a Positive Feedback Black Hole. Crédito:
Chandra X-ray Observatory.

Los astrónomos han visto muchos casos en los que un agujero negro afecta su entorno a través de «retroalimentación negativa», en otras palabras, restringiendo la formación de nuevas estrellas. Esto puede ocurrir cuando los chorros del agujero negro inyectan tanta energía en el gas caliente de una galaxia, o grupo de galaxias, que el gas no puede enfriarse lo suficiente como para formar un gran número de estrellas.

En esta colección de galaxias recientemente descubierta, los astrónomos han encontrado un ejemplo menos común de «retroalimentación positiva», donde los efectos del agujero negro aumentan la formación de estrellas. Además, cuando los astrónomos previamente encontraron retroalimentación positiva, o bien implicaron aumentos en la tasa de formación estelar del 30% o menos, o ocurrieron en escalas de solo alrededor de 20,000 a 50,000 años luz en una galaxia compañera cercana. Si la retroalimentación es positiva o negativa depende de un delicado equilibrio entre la velocidad de calentamiento y la velocidad de enfriamiento de una nube. Esto se debe a que las nubes que inicialmente son más frías cuando son golpeadas por una onda de choque son más propensas a experimentar retroalimentación positiva y forman más estrellas.

«Los agujeros negros tienen una reputación bien merecida por ser poderosos y mortales, pero no siempre», dijo el coautor Alessandro Peca, anteriormente en INAF en Bolonia y ahora Ph.D. estudiante de la Universidad de Miami. «Este es un excelente ejemplo de que a veces se desafía ese estereotipo y pueden ser enriquecedores».

Los investigadores utilizaron un total de seis días de tiempo de observación de Chandra repartidos en cinco meses.

«Es solo por esta observación muy profunda que vimos la burbuja de gas caliente producida por el agujero negro», dijo el coautor Colin Norman de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland. «Al apuntar a objetos similares a este, podemos descubrir que la retroalimentación positiva es muy común en la formación de grupos y cúmulos de galaxias».

Un artículo que describe estos resultados ha sido publicado en el último número de la revista «Astronomy and Astrophysics» 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.

Ver también: https://chandra.si.edu/photo/2019/bhfeedback/

Fuente: Chandra X-Ray Observatory Press.

Artículo original: » Black Hole Nurtures Baby Stars a Million Light Years Away«. Nov. 26, 2019.

El artículo publicado en Astronomy & Astrophysics:

 Discovery of a galaxy overdensity around a powerful, heavily obscured FRII radio galaxy at z=1.7: star formation promoted by large-scale AGN feedback?“, R. Gilli et al.

Material relacionado:

Un caso especial es el agujero negro supermasivo en la galaxia central del Cúmulo de Galaxias Phoenix, según lo muestran los dos artículos siguientes:

El cúmulo de galaxias Phoenix contiene el primer agujero negro supermasivo confirmado que no puede evitar que se formen grandes cantidades de estrellas en el núcleo del cúmulo de galaxias donde reside:

Los dos siguientes artículos son muy ilustrativos, examinando en detalle la retroalimentación por parte de los Núcleos Galácticos Activos (AGN, es su sigla en Inglés):

Curiosidades:

Variaciones de brillo de un AGN por disrupción de estrellas por marea.

Investigando el origen de una fuerte variación de brillo observada en un AGN:

 Ilustración artística de un evento de disrupción por marea. La nube roja es lo que queda de una estrella que se acercó demasiado a un agujero negro. Las fuerzas gravitatorias de marea la han desgarrado, liberando mucha energía en forma de rayos X (azul) mientras cae inexorablemente a las fauces del agujero negro. Crédito: NASA/CXC/M.Weiss.

Un factor importante en la disrupción de una estrella tipo solar por marea gravitatoria provocada por un agujero negro supermasivo, es la edad de la estrella, como lo muestra el siguiente estudio basado en simulaciones:

 Video que muestra la simulación de una estrella joven de 1 masa solar disgregada por un agujero negro de un millón de masas solares.
Crédito: Jamie Law-Smith.


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