Cómo los agujeros negros forjan las galaxias.

Los agujeros negros supermasivos dan forma a sus galaxias anfitrionas.

La impresión del artista muestra cómo los vientos ultrarrápidos que soplan de un agujero negro súper masivo interactúan con la materia interestelar en la galaxia anfitriona, despejando sus regiones centrales del gas. Copyright: ESA / ATG medialab.

Los datos del observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA revelaron cómo los agujeros negros supermasivos dan forma a sus galaxias anfitrionas con vientos poderosos que barren la materia interestelar.

En un nuevo estudio, los científicos analizaron ocho años de observaciones XMM-Newton del agujero negro en el centro de una galaxia activa conocida como PG 1114 + 445, que muestra cómo los vientos ultrarrápidos - las salidas de gas emitidas desde el disco de acreción muy cerca del negro agujero - interactuar con la materia interestelar en las partes centrales de la galaxia. Estas salidas se han detectado antes, pero el nuevo estudio identifica claramente, por primera vez, tres fases de su interacción con la galaxia huésped.

"Estos vientos podrían explicar algunas correlaciones sorprendentes que los científicos han conocido durante años pero no pudieron explicar", dijo el autor principal, Roberto Serafinelli, del Instituto Nacional de Astrofísica en Milán, Italia, quien realizó la mayor parte del trabajo como parte de su PhD en Universidad de Roma Tor Vergata.

"Por ejemplo, vemos una correlación entre las masas de los agujeros negros supermasivos y la dispersión de la velocidad de las estrellas en las partes internas de sus galaxias anfitrionas. Pero no hay forma de que esto pueda deberse al efecto gravitatorio del agujero negro. Nuestro estudio por primera vez muestra cómo estos vientos de agujero negro impactan la galaxia en una escala más grande, posiblemente proporcionando el eslabón perdido ".

Los astrónomos han detectado previamente dos tipos de salidas en los espectros de rayos X emitidos por los núcleos galácticos activos, las regiones centrales densas de galaxias que se sabe que contienen agujeros negros supermasivos. Las llamadas salidas ultrarrápidas (OVNI), hechas de gas altamente ionizado, viajan a velocidades de hasta un 40 por ciento de la velocidad de la luz y son observables cerca del agujero negro central.

Las salidas más lentas, conocidas como absorbentes de calor, viajan a velocidades mucho más bajas de cientos de km / sy tienen características físicas similares, como la densidad de partículas y la ionización, hacia la materia interestelar circundante. Es más probable que estas salidas más lentas se detecten a mayores distancias de los centros de la galaxia.

En el nuevo estudio, los científicos describen un tercer tipo de flujo de salida que combina las características de los dos anteriores: la velocidad de un OVNI y las propiedades físicas de un absorbente caliente.

"Creemos que este es el punto en el que el OVNI toca la materia interestelar y la barre como si fuera una nevada", dijo Serafinelli. "A esto lo llamamos 'flujo de salida ultra rápido arrastrado' porque el OVNI en esta etapa está penetrando en la materia interestelar. Es similar a empujar barcos en el mar".

Imagen de autor del telescopio espacial de rayos X  XMM-Newton de la ESA. Crédito: ESA.

Esta penetración ocurre a una distancia de decenas a cientos de años luz de distancia del agujero negro. El OVNI empuja gradualmente la materia interestelar de las partes centrales de la galaxia, limpiándola del gas y desacelerando la acumulación de materia alrededor del agujero negro supermasivo.

Si bien los modelos han predicho este tipo de interacción anteriormente, el estudio actual es el primero en presentar observaciones reales de las tres fases.

"En los datos de XMM-Newton, podemos ver material a grandes distancias del centro de la galaxia que aún no ha sido perturbado por el OVNI interno", dijo el coautor Francesco Tombesi de la Universidad de Roma Tor Vergata y el Espacio Goddard de la NASA. Centro de vuelo. "También podemos ver nubes más cerca del agujero negro, cerca del núcleo de la galaxia, donde el OVNI ha comenzado a interactuar con la materia interestelar".

Esta primera interacción ocurre muchos años después de que el OVNI haya dejado el agujero negro. Pero la energía del OVNI permite al agujero negro relativamente pequeño impactar con el material más allá del alcance de su fuerza gravitacional.

Según los científicos, los agujeros negros supermasivos transfieren su energía al entorno circundante a través de estas salidas y gradualmente eliminan las regiones centrales de la galaxia del gas, lo que podría detener la formación de estrellas. De hecho, las galaxias de hoy producen estrellas con mucha menos frecuencia de lo que solían hacerlo en las primeras etapas de su evolución.

"Esta es la sexta vez que se detectan estas salidas", dijo Serafinelli. "Es toda una ciencia muy nueva. Estas fases del flujo de salida se han observado previamente por separado, pero la conexión entre ellas no se aclaró hasta ahora".

La resolución de energía sin precedentes de XMM-Newton fue clave para diferenciar entre los tres tipos de características correspondientes a los tres tipos de salidas. En el futuro, con nuevos y más potentes observatorios, como el Telescopio Avanzado de ESA para Astrofísica de Alta Energía, Athena, los astrónomos podrán observar cientos de miles de agujeros negros supermasivos, detectando dichas salidas con mayor facilidad. Athena, que será más de 100 veces más sensible que XMM-Newton, se lanzará a principios de la década de 2030.

"Encontrar una fuente es genial, pero saber que este fenómeno es común en el Universo sería un verdadero avance", dijo Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton en la ESA. "Incluso con XMM-Newton, podríamos encontrar más fuentes de este tipo en la próxima década".

Más datos en el futuro ayudarán a desentrañar en detalle las complejas interacciones entre los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas y explicarán la disminución en la formación de estrellas que los astrónomos observaron que tuvo lugar durante miles de millones de años.

NOTAS PARA LOS EDITORES.

"Multiphase quasar-driven outflows in PG 1114+445 – I. Entrained ultra-fast outflows" by R. Serafinelli et al. Se publica en Astronomía y Astrofísica.

PARA OBTENER MÁS INFORMACIÓN, PÓNGASE EN CONTACTO:

Roberto Serafinelli

Instituto Nacional de Astrofísica
Osservatorio Astronomico di Brera, Milán, Italia
y la Universidad de Roma Tor Vergata, Italia
Correo electrónico: roberto.serafinelli@inaf.it

Francesco Tombesi

Universidad de Roma Tor Vergata, Italia
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Greenbelt, MD, EE. UU.
INAF - Observatorio Astronómico de Roma, Italia
Universidad de Maryland, College Park, EE.UU.
Correo electrónico: francesco.tombesi@roma2.infn.it

Norbert Schartel

XMM-Newton Project Scientist
Agencia Espacial Europea
Correo electrónico: norbert.schartel@esa.int

• Publicado en ESA el 24 de julio del 2.019, enlace publicación.

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