Un agujero negro debilitado permite que su galaxia se despierte.

Cúmulo de Phoenix.

Combinación de rayos X, radio e imágenes ópticas del grupo de Phoenix. El cúmulo de galaxias de 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. Estas imágenes muestran rayos X detectados con Chandra por gas caliente y emisiones de radio detectadas con el VLA de chorros producidos por el agujero negro. Los datos de luz óptica del Hubble muestran galaxias y filamentos de gas más frío donde se forman las estrellas. Este resultado proporciona nuevos detalles sobre los efectos dramáticos que los agujeros negros pueden tener en los cúmulos de galaxias donde se encuentran. (Crédito: rayos X: NASA / CXC / MIT / M.McDonald et al; Radio: NRAO / VLA; Óptico: NASA / STScI).

El cúmulo de galaxias de 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. Este resultado, informado en nuestro último comunicado de prensa, se realizó combinando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble, y el Very Large Array (VLA) Karl Jansky de la NSF. Una nueva imagen compuesta muestra datos de cada telescopio. Los rayos X de Chandra representan gas caliente en púrpura y la emisión de radio del VLA presenta chorros en rojo. Los datos de luz óptica del Hubble muestran galaxias (en amarillo) y filamentos de gas más frío donde se forman las estrellas (en azul claro).

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes del cosmos que se mantienen unidas por la gravedad, y consisten en cientos o incluso miles de galaxias incrustadas en gas caliente y materia oscura invisible. Las galaxias en sus centros de cúmulos contienen los agujeros negros supermasivos más grandes conocidos. En el caso del Cúmulo Phoenix, el agujero negro en su núcleo tiene una masa equivalente a 5.8 mil millones de soles.

Durante décadas, los astrónomos han encontrado agujeros negros gigantes que bombean energía a su entorno, lo que mantiene el gas que los rodea demasiado caliente para formar muchas estrellas. Trabajos anteriores han demostrado que las galaxias más grandes del universo carecen de gas frío en sus centros y tienen muchas menos estrellas de lo esperado. El Cúmulo Phoenix es un ejemplo que contrarresta esta tendencia. En cambio, los astrónomos descubrieron una corriente de gas relativamente fría a lo largo de la cual nacen muchas estrellas.

El sistema del Cúmulo Phoenix tiene varios elementos distintos que ayudan a contar la historia de su formación estelar inusualmente alta. Los datos de Chandra muestran que el gas más frío que puede detectar se encuentra cerca del centro del grupo. En ausencia de fuentes significativas de calor, los astrónomos esperan que el enfriamiento ocurra a las tasas más altas en el centro de un grupo, donde se encuentra el gas más denso.

Imagen con etiquetas. Rayos X, radio e imágenes ópticas del grupo de Phoenix. El cúmulo de galaxias de 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. Estas imágenes muestran rayos X detectados con Chandra por gas caliente y emisiones de radio detectadas con el VLA de chorros producidos por el agujero negro. Los datos de luz óptica del Hubble muestran galaxias y filamentos de gas más frío donde se forman las estrellas. Este resultado proporciona nuevos detalles sobre los efectos dramáticos que los agujeros negros pueden tener en los cúmulos de galaxias donde se encuentran. (Crédito: rayos X: NASA / CXC / MIT / M.McDonald et al; Radio: NRAO / VLA; Óptico: NASA / STScI). 

Las observaciones ópticas con Hubble proporcionan evidencia para un mayor enfriamiento del gas cerca del centro del Clúmulo Phoenix. Diez mil millones de masas solares de gas más frío se encuentran a lo largo de los filamentos al norte y al sur del agujero negro, que probablemente se originan a partir de explosiones por el agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la imagen. Los estallidos generaron chorros vistos en ondas de radio por el VLA, en dos direcciones opuestas. A medida que los chorros empujan hacia afuera, inflan cavidades o burbujas en el gas caliente que impregna el grupo. La aguda visión de rayos X de Chandra detectó estas cavidades.

Los filamentos de gas frío se encuentran alrededor de los bordes de las cavidades, lo que lleva a los autores a concluir que la explosión del agujero negro lleva el gas lejos del agujero negro. Cuanto más lejos del agujero negro, más rápido puede enfriarse el gas para formar estrellas. En la parte central del cúmulo Phoenix, las estrellas se están formando a un ritmo de aproximadamente 500 masas solares por año. En comparación, las estrellas se están formando en la galaxia de la Vía Láctea a un ritmo de aproximadamente una masa de sol por año.

Crédito: Rayos X: NASA / CXC / MIT / M.McDonald et al; Radio: NRAO / VLA; Óptico: NASA / STScI

Eventualmente, el estallido del agujero negro que es responsable de estos chorros generará turbulencia, ondas de sonido y ondas de choque (similar a los auges sónicos producidos por los aviones supersónicos). Esto a su vez proporcionará una fuente de calor y evitará un enfriamiento adicional, hasta que cese el estallido y se reanude la acumulación de gas frío. Todo el ciclo puede repetirse.

Un artículo que describe estos resultados se publicó en un número reciente de The Astrophysical Journal, y hay una versión preliminar 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.

Crédito de rayos X: NASA / CXC / MIT / M.McDonald et al; 

Radio: NRAO / VLA; 

Óptico: NASA / STScI

Una rápido vistazo al cúmulo Phoenix.

• Publicado en Chandra el 18 de noviembre del 2019, enlace publicación.