Fusiones de galaxias generan ondas de radio.

Una gran sondeo del Hubble confirma el vínculo entre fusiones de galaxias y agujeros negros supermasivos con chorros relativistas.

Ilustración de autor que nos muestra como dos chorros relativistas salen del agujero negro supermasivo de una galaxia. Estos chorros de plasma son la extracción de la energía desde la rotación de un agujero negro supermasivo que consume el disco de acrección que tiene a su alrededor. Estos chorros de energía tienen unas emisiones muy fuertes en longitudes de ondas de radio.
Créditos: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO).

Un equipo de científicos ha encontrado un vínculo inequívoco entre la presencia de agujeros negros supermasivos que impulsan chorros de alta velocidad, emisión de señales de radio y la historia de la fusión de sus galaxias de acogida. Casi todas las galaxias que alojan estos chorros se encuentran fusionándose con otra galaxia, o lo han hecho recientemente. Los resultados dan un peso significativo al caso de los chorros que son el resultado de la fusión de agujeros negros y se presentarán en el Astrophysical Journal.

La WFC3 del Hubble.

Un equipo de astrónomos que utilizan la Wide Field Camera 3 (WFC3) del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA han llevado a cabo un gran sondeo para investigar la relación entre galaxias que han sufrido fusiones y la actividad de los agujeros negros supermasivos en sus núcleos.

El equipo estudió una amplia selección de galaxias con centros extremadamente luminosos, conocidos como núcleos galácticos activos (AGNs del inglés), que se cree que son el resultado de grandes cantidades de materia calentada que circula alrededor y que es consumida por un agujero negro supermasivo. Aunque se cree que la mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo, sólo un pequeño porcentaje de ellas son luminosas y menos aún van un paso más allá y forman lo que se conoce como chorros relativistas [1]. Los dos chorros de plasma de alta velocidad se mueven a casi la velocidad de la luz y fluyen en direcciones opuestas perpendiculares al disco de materia que rodea el agujero negro, extendiendo miles de años luz al espacio. El material caliente dentro de los chorros es también el origen de las ondas de radio.

Radio Galaxia 3C 297.

Se trata de estos chorros que Marco Chiaberge del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Estados Unidos (también afiliados a la Universidad Johns Hopkins, EE.UU. e INAF-IRA, Italia) y su equipo esperaba confirmar fueron el resultado de fusiones galácticas.

El equipo inspeccionó cinco categorías de galaxias para detectar signos visibles de fusiones recientes o en curso: dos tipos de galaxias con chorros relativistas, dos tipos de galaxias con núcleos luminosos pero sin chorros y un conjunto de galaxias inactivas regulares [3].

"Las galaxias que alojan estos chorros relativistas proporcionan grandes cantidades de radiación en longitudes de onda de radio", explica Marco. "Usando la cámara WFC3 de Hubble, encontramos que casi todas las galaxias con grandes cantidades de emisión de radio, que implicaban la presencia de chorros, estaban asociadas con fusiones. Sin embargo, no sólo las galaxias contenían chorros que mostraban evidencia de fusiones". [4].

Radio galaxia 3C 454.1

"Encontramos que la mayoría de los eventos de fusión en sí mismos no resultan en la creación de AGNs con emisión de radio poderosa", agregó el co-autor Roberto Gilli de Osservatorio Astronomico di Bologna, Italia. "Alrededor del 40% de las otras galaxias que miramos también habían experimentado una fusión y, sin embargo, no habían producido las espectaculares emisiones de radio y chorros de sus contrapartes".

Aunque ahora está claro que una fusión galáctica es casi ciertamente necesaria para que una galaxia albergue un agujero negro supermasivo con chorros relativistas, el equipo deduce que debe haber condiciones adicionales que deben cumplirse. Ellos especulan que la colisión de una galaxia con otra produce un agujero negro supermasivo con chorros relativistas cuando el agujero negro central está girando más rápido, posiblemente como resultado de encontrarse con otro agujero negro de una masa similar, después el exceso de energía extraída de la rotación del agujero negro encendería los chorros.

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"Hay dos maneras en que las fusiones probablemente afecten al agujero negro central. El primero sería un aumento en la cantidad de gas que se conduce hacia el centro de la galaxia, añadiendo masa tanto al agujero negro como al disco de materia que lo rodea ", explica Colin Norman, coautor del artículo. "Pero este proceso debe afectar a los agujeros negros en todas las galaxias que se fusionan y, sin embargo, no todas las galaxias que se fusionan con agujeros negros terminan con chorros, por lo que no es suficiente para explicar cómo surgen estos chorros. La otra posibilidad es que una fusión entre dos galaxias masivas cause que dos agujeros negros de una masa similar también se fusionen. Podría ser que una raza particular de la fusión entre dos agujeros negros produzca un solo agujero negro supermasivo que gira, representando la producción de chorros. "

Se necesitan futuras observaciones utilizando tanto del Hubble del Atacama Large Millimeter/submilliter Array (ALMA) para ampliar aún más el conjunto de encuestas y continuar arrojando luz sobre estos procesos complejos y poderosos.

El Hubble.

Notas.

[1] Los chorros relativistas viajan a una velocidad de cerca de la velocidad de la luz, haciéndolos uno de los objetos astronómicos más rápidos conocidos.

[2] Las nuevas observaciones utilizadas en esta investigación se tomaron en colaboración con el equipo de 3CR-HST. Este equipo internacional de astrónomos está actualmente dirigido por Marco Chiaberge y ha llevado a cabo una serie de estudios de radio galaxias y cuásares del catálogo 3CR utilizando el Telescopio Espacial Hubble.

[3] El equipo comparó sus observaciones con las franjas de datos de archivo de Hubble. Ellos sondearon directamente a doce radio galaxias muy distantes y compararon los resultados con datos de un gran número de galaxias observadas durante otros programas de observación.

Otros estudios habían demostrado una relación fuerte entre la historia de la fusión de una galaxia y los altos niveles de la radiación en las longitudes de onda de radio que sugieren la presencia de los chorros relativistas que acechan en el centro de la galaxia. Sin embargo, esta encuesta es mucho más extensa y los resultados muy claros, lo que significa que ahora se puede decir con casi certeza que los AGNs radio-altos, es decir, las galaxias con chorros relativistas, son el resultado de fusiones galácticas.

El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por Marco Chiaberge (STScI, EE.UU., Johns Hopkins University, EE.UU., e INAF-IRA, Italia), Roberto Gilli (INAF Osservatorio Astronómico de Bolonia, Italia), Jennifer Lotz (STScI, EE.UU.) Y Colin Norman (Universidad Johns Hopkins, EE.UU., y STScI, EE.UU.), el artículo lo puede encontrar en línea aquí.

Crédito de las imágenes: 

NASA, ESA, M. Chiaberge (STScI)

Publicado en Hubble el 28 de mayo del 2.015.