NGC 5813, agujeros negros en un grupo de galaxias.

Chandra encuentra evidencia de erupciones en serie de agujeros negros.
Cavidades en NGC 5813

Los astrónomos han utilizado el Observatorio de rayos X de Chandra de la NASA para demostrar que las erupciones múltiples de un agujero negro supermasivo durante 50 millones de años han reorganizado el paisaje cósmico en el centro de un grupo de galaxias.

Los científicos descubrieron esta historia de erupciones de agujero negro estudiando NGC 5813, un grupo de galaxias a unos 105 millones de años luz de la Tierra. Estas observaciones de Chandra son las más largas jamás obtenidas de un grupo de galaxias, con una duración de poco más de una semana. Los datos de Chandra se muestran en esta nueva imagen compuesta donde los rayos X de Chandra (púrpura) se han combinado con datos de luz visible (rojo, verde y azul).

Imagen de autor del Observatorio de Rayos X Chandra.
Los grupos de galaxias son como sus primos más grandes, los cúmulos de galaxias, pero en lugar de contener cientos o incluso miles de galaxias como los cúmulos, los grupos de galaxias suelen estar compuestos por 50 o menos galaxias. Al igual que los cúmulos de galaxias, los grupos de galaxias están envueltos por cantidades gigantes de gas caliente que emiten rayos X.

El agujero negro supermasivo en erupción se encuentra en la galaxia central de NGC 5813. El giro del agujero negro, junto con el espiral de gas hacia el agujero negro, puede producir una torre vertical giratoria y hermética de campo magnético que arroja una gran fracción del gas entrante lejos de la proximidad del agujero negro en un chorro energético de alta velocidad.

Los investigadores fueron capaces de determinar la longitud de las erupciones del agujero negro mediante el estudio de las cavidades, o burbujas gigantes, en el gas de varios millones de grados en NGC 5813. Estas cavidades son talladas cuando los chorros del agujero negro supermasivo generan ondas de choque que empujan el Gas hacia afuera y crear enormes agujeros.

Las últimas observaciones de Chandra revelan un tercer par de cavidades además de dos que se encontraron previamente en NGC 5813, representando tres erupciones distintas del agujero negro central. (Imagen de la entrada). Éste es el número más alto de pares de cavidades descubiertas en un grupo o en un grupo de galaxias. Similar a cómo una burbuja de baja densidad de aire se elevará a la superficie en el agua, las cavidades gigantes en NGC 5813 se vuelven flotantes y se alejan del agujero negro.

Para entender más sobre la historia del agujero negro de las erupciones, los investigadores estudiaron los detalles de los tres pares de cavidades. Encontraron que la cantidad de energía requerida para crear el par de cavidades más cercano al agujero negro es más bajo que la energía que produjo los dos pares más viejos. Sin embargo, la tasa de producción de energía, o potencia, es aproximadamente la misma para los tres pares. Esto indica que la erupción asociada con el par interno de cavidades todavía está ocurriendo.

Cada uno de los tres pares de cavidades se asocia con un frente de choque, visible como bordes afilados en la imagen de rayos X. Estos frentes de choque, similares a los auges sónicos para un plano supersónico, calientan el gas, evitando que la mayor parte se enfríe y formen un gran número de nuevas estrellas.

El estudio cercano de los frentes de choque revela que en realidad están ligeramente ensanchados, o borrosos, en lugar de ser muy afilados. Esto puede ser causado por la turbulencia en el gas caliente. Suponiendo que este es el caso, los autores encontraron una velocidad turbulenta, es decir, la velocidad media de los movimientos aleatorios del gas, de alrededor de 160.000 millas por hora (258.000 kilómetros por hora). Esto es consistente con las predicciones de modelos teóricos y estimaciones basadas en observaciones de rayos X del gas caliente en otros grupos y racimos.

Un artículo que describe estos resultados se publicó en el número de junio de 2015 de The Astrophysical Journal y está disponible en línea. El primer autor es Scott Randall del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) en Cambridge, MA y los coautores son Paul Nulsen, Christine Jones, William Forman y Esra Bulbul de CfA; Tracey Clarke del Laboratorio Naval de Investigación en Washington DC; Ralph Kraft de CfA; Elizabeth Blanton de la Universidad de Boston en Boston, MA; Lawrence David de CfA; Norbert Werner de la Universidad de Stanford en Stanford, CA; Ming Sun de la Universidad de Alabama en Huntsville, AL; Megan Donahue de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing, MI; Simona Giacintucci de la Universidad de Maryland en College Park, MD y Aurora Simionescu de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón en Kanagawa, Japón.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa de Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia de Chandra y las operaciones de vuelo.

Crédito:
Rayos X: NASA / CXC / SAO / S.Randall et al., 
Óptico: SDSS.

Publicado en Chandra el 10 de junio del 2.015.

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