Poderosos vientos en los alrededores de cuásares.

Resultados para la ciencia del cuásar.

Esta imagen es la impresión de un artista de un quasar radiofónico en una galaxia formadora de estrellas. El cuásar es alimentado por el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. A medida que el gas se introduce en un disco de acreción alrededor del agujero negro, se calienta a temperaturas muy altas e irradia energía a través del espectro electromagnético, preferentemente en la dirección de dos potentes chorros. Además, la galaxia está produciendo estrellas a un ritmo prolífico de cientos por año. En comparación, nuestra Vía Láctea hace 1-2 estrellas por año. Copyright: ESA / C. Carreau.

Los astrónomos han utilizado el Observatorio Espacial Herschel de la ESA para resolver un misterio de hace décadas sobre el origen de los poderosos vientos frescos del gas en los cálidos alrededores de los cuásares. La evidencia que relaciona estos poderosos vientos con la formación de estrellas en las galaxias quásares anfitrionas también puede ayudar a resolver el misterio de por qué el tamaño de las galaxias en el Universo parece estar limitado.

Desde su descubrimiento en los años 60, los cuásares han proporcionado un tesoro de preguntas para que los astrónomos respondan. Estas fuentes energéticas, hasta 10.000 veces más brillantes que la Vía Láctea, son el núcleo de galaxias distantes con agujeros negros supermasivos en su corazón. A medida que el gas se introduce en un disco de acreción hacia el agujero negro, se calienta a temperaturas muy altas e irradia energía a través del espectro electromagnético desde radio hasta los rayos X, de esta manera nace la luminosidad característica del cuásar.

Durante cinco décadas, los astrónomos han estudiado los espectros de los cuásares para descubrir el origen de la radiación electromagnética que emiten y para rastrear el camino que la luz ha atravesado para llegar a nosotros.

Una herramienta valiosa para comprender este viaje son las líneas de absorción en los espectros de radiación de los cuásares. Estas líneas indican los rangos de longitud de onda que se han absorbido a medida que la radiación viajaba de la fuente al observador, dando pistas sobre el material por el que pasaba. Con el tiempo, el estudio de estas líneas ha rastreado la composición de galaxias y nubes de gas que se encuentran entre nosotros y estos objetos luminosos distantes, pero un conjunto de líneas de absorción ha quedado sin explicación.

El observatorio Herschel en el laboratorio. Crédito: ESA.

Los astrónomos han observado líneas de absorción en muchos cuásares que son indicativos de absorción en ruta por gas frío con elementos de metales pesados ​​como carbono, magnesio y silicio. Las líneas indican que la luz ha viajado a través de vientos de gas frío que viajan a velocidades de miles de kilómetros por segundo dentro de las galaxias anfitrionas de los cuásares. Si bien el conocimiento de que existen estos vientos no es nada nuevo su origen, y por qué son capaces de alcanzar velocidades tan impresionantes, ha permanecido como un desconocido.

Ahora, el astrónomo Peter Barthel y su estudiante de doctorado Pece Podigachoski, ambos del Instituto Kapteyn de la Universidad de Groningen, junto con sus colegas Belinda Wilkes del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (EE. UU.) Y Martin Haas de la Ruhr-Universität Bochum (Alemania) han arrojado luz en los orígenes de los vientos fríos. Usando datos obtenidos con el Observatorio Espacial Herschel de la ESA, los astrónomos han demostrado, por primera vez, que la fuerza de las líneas de absorción de metal asociadas con estos misteriosos vientos de gas está directamente relacionada con la tasa de formación de estrellas dentro de las galaxias quásares. Al encontrar esta tendencia, los astrónomos pueden decir con cierta confianza que la prodigiosa formación estelar dentro de la galaxia anfitriona puede ser el mecanismo que impulsa estos misteriosos y poderosos vientos.

"Identificar esta tendencia para que la formación de estrellas prolífica esté estrechamente relacionada con los poderosos vientos del cuásar es un hallazgo emocionante para nosotros", explica Pece Podigachoski. "Una explicación natural para esto es que los vientos son impulsados ​​por estrellas y producidos por supernovas, que se sabe que ocurren con gran frecuencia durante los períodos de formación extrema de estrellas".

Esta nueva conexión no solo resuelve un acertijo sobre cuásares, sino que también puede contribuir a desentrañar un misterio aún mayor: ¿por qué el tamaño de las galaxias observadas en nuestro Universo parece estar limitado en la práctica, aunque no en la teoría?

"Aparte de la cuestión de qué procesos son responsables de los vientos del gas, su efecto neto es un tema muy importante en la astrofísica de hoy en día", explica Peter Barthel. "Aunque las teorías predicen que las galaxias pueden crecer muy grandes, no se han observado galaxias ultramasivas. Parece que hay un proceso que actúa como un freno en la formación de tales galaxias: los vientos internos del gas, por ejemplo, podrían ser responsables de esto, llamado retroalimentación negativa ".

Una vista de múltiples longitudes de onda de la radio galaxia Hércules A.
Crédito: NASA, ESA, S. Baum y C. O'Dea (RIT), R. Perley y W. Cotton
(NRAO / AUI / NSF), y el Equipo de Herencia Hubble. (STScI / AURA).
Enlace publicación.

La teoría predice que las galaxias deberían poder crecer a masas cien veces más grandes que cualquiera jamás observado. El hecho de que haya un déficit de gigantes en el Universo implica que hay un proceso que agota las reservas de gas de las galaxias antes de que puedan alcanzar su máximo potencial. Hay dos mecanismos que pueden conducir a este agotamiento del gas: el primero son los vientos de supernova asociados con estelas explosivas, el segundo, los vientos asociados con el agujero negro supermasivo en el corazón de cada cuásar. Aunque es probable que ambos mecanismos desempeñen un papel, la evidencia de la correlación entre los vientos de gas frío y la tasa de formación de estrellas encontrados por este equipo sugiere que en el caso de los cuásares, la formación estelar, que requiere un suministro constante de gas frío, puede ser la clave culpable de debilitar la galaxia de gas y de suprimir su capacidad de desarrollar la próxima generación de estrellas.

"Este es un resultado importante para la ciencia del cuasar, y uno que se basó en las capacidades únicas de Herschel", explica Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel en la ESA. "Herschel observa que la luz en el infrarrojo lejano y submilimétrico permite el conocimiento detallado de la tasa de formación de estrellas en las galaxias observadas que se necesitaba para hacer este descubrimiento".

MÁS INFORMACIÓN.

Los resultados que se describen aquí se informan en "Starburst-driven Superwinds in Quasar Host Galaxies" por Peter Barthel, Pece Podigachoski, Belinda Wilkes y Martin Haas, publicados en The Astrophysical Journal Letters, V843, No. 1, 2017; doi: 10.3847/2041-8213/aa7631

Herschel es un observatorio espacial de la ESA con instrumentos científicos proporcionados por un consorcio Principal Investigador dirigido por europeos y con una importante participación de la NASA.

Herschel se lanzó el 14 de mayo de 2009 y completó observaciones científicas el 29 de abril de 2013.

Se puede acceder a todos los datos de Herschel desde el Archivo de Ciencias de Herschel en http://archives.esac.esa.int/hsa/whsa/

CONTACTO

Peter Barthel

Instituto Astronómico Kapteyn

Universidad de Groningen, Países Bajos

Correo electrónico: pdb@astro.rug.nl

Teléfono: + 31-50-363-4064

Göran Pilbratt

Científico del proyecto Herschel

Dirección de Ciencia

Agencia Espacial Europea

Tel: +31 71 565 3621

Correo electrónico: gpilbratt@cosmos.esa.int

• Publicado en ESA españa, última actualización el 7 de diciembre del 2.017, enlace artículo.