Científicos de la NASA descubren un nuevo 'fósil' galáctico
Investigadores del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, han descubierto actividad de rayos X que arroja luz sobre la evolución de las galaxias.
Los rayos X perfilan nubes gigantes de gas frío en la cercana galaxia espiral NGC 4945. El gas parece haber atravesado la galaxia después de que su agujero negro supermasivo central hiciera erupción hace unos 5 millones de años.
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| Los sitios de formación estelar activa aparecen de color rosa brillante en esta imagen de luz visible capturada por el telescopio de 2,2 metros del Observatorio Europeo Austral en Chile. El núcleo activo de la galaxia está oculto en su mayor parte por una nube de polvo. Crédito: ESO |
"Existe un debate en curso en la comunidad científica sobre cómo evolucionan las galaxias", dijo Kimberly Weaver, astrofísica de Goddard que dirigió el trabajo. “Encontramos agujeros negros supermasivos en los centros de casi todas las galaxias del tamaño de la Vía Láctea, y una pregunta abierta es cuánta influencia tienen en comparación con los efectos de la formación estelar. Estudiar galaxias cercanas como NGC 4945, que creemos que estamos viendo en un período de transición, nos ayuda a construir mejores modelos de cómo las estrellas y los agujeros negros producen cambios galácticos”.
Weaver presentó los resultados en nombre de su equipo en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans el 11 de enero. The Astrophysical Journal está revisando un artículo sobre el hallazgo. El trabajo fue posible gracias a los datos recopilados por el satélite XMM-Newton (Misión Multiespejo de rayos X) de la ESA (Agencia Espacial Europea) con la ayuda del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA .
NGC 4945 es una galaxia activa a unos 13 millones de años luz de distancia, en la constelación austral de Centauro.
Una galaxia activa tiene un centro inusualmente brillante y variable impulsado por un agujero negro supermasivo que calienta un disco de gas y polvo circundante mediante fuerzas gravitacionales y de fricción. El agujero negro consume lentamente el material que lo rodea, lo que crea fluctuaciones aleatorias en la luz emitida por el disco. Como ocurre con la mayoría de las galaxias activas, el agujero negro y el disco de NGC 4945 están envueltos por una densa nube de polvo llamada toroide, que bloquea parte de esa luz.
Los núcleos de las galaxias activas también pueden impulsar chorros de partículas de alta velocidad y generar fuertes vientos que contienen gas y polvo.
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| Esta animación cambia entre dos vistas de la galaxia espiral NGC 4945. La primera es una imagen en luz visible tomada por el monitor óptico XMM-Newton, teñida de azul. Superpuesto hay un mapa de contorno de la línea K-alfa de hierro observada por el instrumento EPIC del telescopio. La segunda vista muestra una vista completa de los contornos donde los colores más brillantes indican mayores concentraciones de rayos X. Weaver y cols. 2024, ESA/XMM-Newton |
NGC 4945 también es una galaxia con estallido estelar, lo que significa que forma estrellas a un ritmo mucho mayor que el nuestro. Los científicos estiman que produce la masa equivalente a 18 estrellas como nuestro Sol cada año, o casi tres veces el ritmo de la Vía Láctea. Casi toda la formación estelar se concentra en el centro de la galaxia. Un estallido estelar dura entre 10 y 100 millones de años y termina sólo cuando se agota la materia prima para formar nuevas estrellas.
Weaver, científica del proyecto de la NASA para XMM-Newton, y su equipo observaron NGC 4945 con el satélite. En sus datos, vieron lo que los científicos llaman la línea K-alfa del hierro. Esta característica ocurre cuando la luz de rayos X muy energética proveniente del disco del agujero negro se encuentra con gas frío en otra parte. (El gas mide alrededor de -400 grados Fahrenheit o -200 Celsius). La línea de hierro es común en las galaxias activas, pero hasta estas observaciones, los científicos pensaban que ocurría en escalas mucho más cercanas al agujero negro.
“Chandra ha mapeado el hierro K-alfa en otras galaxias. En este, nos ayudó a estudiar fuentes individuales de rayos X brillantes en la nube para ayudarnos a descartar otros orígenes potenciales además del agujero negro”, dijo Jenna Cann, coautora e investigadora postdoctoral en Goddard. "Pero la línea de NGC 4945 se extiende tan lejos de su centro que necesitábamos el amplio campo de visión de XMM-Newton para verlo todo".
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| Observe cómo los científicos filtraron posibles fuentes de una señal de rayos X llamada línea K-alfa de hierro en esta animación. La primera imagen muestra los contornos de la línea de hierro observada en la galaxia NGC 4945 con XMM-Newton. En la segunda imagen, el equipo de investigación utilizó datos de Chandra para filtrar fuentes como estrellas binarias. En la imagen final, eliminaron rayos X del núcleo activo de la galaxia. La línea de hierro aún resalta una enorme cantidad de gas frío en la galaxia.,Weaver y cols. 2024, ESA/XMM-Newton |
Debido a que NGC 4945 está inclinada casi de canto desde nuestro punto de vista, XMM-Newton pudo mapear la extensión de su línea de hierro tanto a lo largo como por encima del plano de la galaxia, rastreándola hasta 32.000 y 16.000 años luz, respectivamente, una orden de magnitud más lejos que las líneas de hierro observadas anteriormente.
El equipo científico cree que el gas frío resaltado por la línea es una reliquia de un chorro de partículas que surgió del agujero negro central de la galaxia hace unos 5 millones de años. El chorro probablemente estaba en ángulo hacia la galaxia en lugar de apuntar al espacio, impulsando un viento superpoderoso que todavía empuja gas frío a través de la galaxia. Incluso puede haber desencadenado el actual evento de explosión estelar.
Weaver y sus colegas continuarán observando NGC 4945 para ver si pueden descubrir otras formas en que el agujero negro está afectando la evolución de la galaxia. Los mismos rayos X del disco que actualmente resaltan el gas frío también pueden comenzar a disiparlo. Dado que las estrellas necesitarían ese gas para formarse, los científicos podrían medir cómo la actividad alrededor del agujero negro de una galaxia puede apagar su fase de estallido estelar.
"Hay una serie de pruebas que indican que los agujeros negros desempeñan papeles importantes en algunas galaxias a la hora de determinar sus historias de formación estelar y sus destinos", dijo el coautor Edmund Hodges-Kluck, astrofísico de Goddard. “Estudiamos muchas galaxias, como NGC 4945, porque si bien la física es prácticamente la misma de un agujero negro a otro, el impacto que tienen en sus galaxias varía ampliamente. XMM-Newton nos ayudó a descubrir un fósil galáctico que no sabíamos buscar, pero probablemente sea sólo el primero de muchos”.
El observatorio XMM-Newton de la ESA fue lanzado en diciembre de 1999 desde Kourou, Guayana Francesa. La NASA financió elementos del paquete de instrumentos XMM-Newton y proporciona la instalación de observadores invitados de la NASA en Goddard, que apoya el uso del observatorio por parte de astrónomos estadounidenses.
Por Jeanette Kazmierczak Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA , Greenbelt, Maryland.
Contacto con los medios:
Claire Andreoli
Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA , Greenbelt, Md.
Publicado en NASA el 11 de enero del 2024, enlace publicación.
