Ciencias

Encuentran un tesoro escondido en un agujero negro masivo: investigación

CapillaUn equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill ha encontrado un tesoro previamente olvidado de agujeros negros masivos en galaxias enanas.

Los agujeros negros recién descubiertos ofrecen un vistazo a la historia de vida del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia Vía Láctea.

El estudio fue publicado en The Astrophysical Journal.

Como una galaxia espiral gigante, se cree que la Vía Láctea se construyó a partir de fusiones de muchas galaxias enanas más pequeñas. Por ejemplo, las Nubes de Magallanes que se ven en el cielo del sur son galaxias enanas que se fusionarán con la Vía Láctea. Cada enana que cae podría traer consigo un agujero negro masivo central, decenas o cientos de miles de veces la masa de nuestro Sol, potencialmente destinado a ser tragado por el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea.

Pero se desconoce con qué frecuencia las galaxias enanas contienen un agujero negro masivo, lo que deja un vacío importante en nuestra comprensión de cómo los agujeros negros y las galaxias crecen juntos.

«Este resultado me sorprendió porque estos agujeros negros estaban previamente ocultos a simple vista», dijo Mugdha Polimera, autora principal del estudio y estudiante de doctorado en UNC-Chapel Hill.

Envío de mensajes mixtos

Los agujeros negros normalmente se detectan cuando están creciendo activamente al ingerir gas y polvo de estrellas que se arremolinan a su alrededor, lo que los hace brillar intensamente.

La profesora de UNC-Chapel Hill, Sheila Kannappan, asesora de doctorado de Polymera y coautora del estudio, comparó los agujeros negros con las luciérnagas.

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«Al igual que las luciérnagas, solo vemos los agujeros negros cuando están encendidos, cuando están creciendo, y los iluminados nos dan una pista de cuántos no podemos ver», agregó.

El problema es que, mientras que los agujeros negros en crecimiento brillan con una radiación distinta de alta energía, las jóvenes estrellas recién nacidas también pueden hacerlo. Tradicionalmente, los astrónomos han diferenciado los agujeros negros en crecimiento de la formación de nuevas estrellas mediante pruebas de diagnóstico que se basan en características detalladas de la luz visible de cada galaxia cuando se distribuyen en un espectro como un arco iris.

El camino hacia el descubrimiento comenzó cuando los estudiantes de posgrado que trabajaban con Kannappan intentaron aplicar estas pruebas tradicionales a los datos de exploración de galaxias. El equipo notó que algunas de las galaxias enviaban mensajes mixtos: dos pruebas indicarían el crecimiento de agujeros negros, pero una tercera solo indicaría la formación de estrellas.

«El trabajo anterior había rechazado casos ambiguos como estos del análisis estadístico, pero tuve el presentimiento de que podrían ser agujeros negros no descubiertos en galaxias enanas», dijo Kannappan. Ella sospechaba que la tercera prueba, a veces contradictoria, era más sensible que las otras dos a las propiedades típicas de las enanas: su composición elemental simple (principalmente hidrógeno y helio primordial del Big Bang) y su alta tasa de formación de nuevas estrellas.

El coautor del estudio, Chris Richardson, profesor asociado de la Universidad de Elon, confirmó con simulaciones teóricas que los resultados de la prueba de mensajes mixtos coincidían exactamente con lo que predecía la teoría para una galaxia enana de composición primordial y alta formación de estrellas que contiene un agujero negro masivo en crecimiento. «El hecho de que mis simulaciones se alinearan con lo que descubrió el grupo de Kannappan me entusiasmó para explorar las implicaciones de cómo evolucionan las galaxias», dijo Richardson.

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Un creciente censo de agujeros negros

Polymer asumió el desafío de construir un nuevo censo de agujeros negros en crecimiento, prestando atención a los tipos de mensajes tradicionales y mixtos. Obtuvo mediciones publicadas de las características espectrales de la luz visible para detectar agujeros negros en miles de galaxias encontradas en dos sondeos dirigidos por Kannappan, RESOLVE y ECO. Estos sondeos incluyen datos ultravioleta y de radio ideales para estudiar la formación de estrellas y tienen un diseño inusual: mientras que la mayoría de los sondeos astronómicos seleccionan muestras que favorecen a las galaxias grandes y brillantes, RESOLVE y ECO son inventarios completos de grandes volúmenes del universo actual en el que abundan las galaxias enanas. .

«Para mí era importante que no dirigiéramos nuestra búsqueda de agujeros negros a las galaxias enanas», dijo Polimera.

“Pero al analizar todo el censo, descubrí que el nuevo tipo de agujeros negros en crecimiento casi siempre aparecía en las enanas. Me sorprendieron los números cuando los vi por primera vez”, agregó.

Más del 80% de todos los agujeros negros en crecimiento que encontró en las galaxias enanas pertenecían al nuevo tipo.

El resultado parecía demasiado bueno. “Estábamos todos nerviosos”, dijo Polimera.

«La primera pregunta que me vino a la mente fue si nos perdimos una forma en la que la formación estelar extrema por sí sola podría explicar estas galaxias». Lideró una búsqueda exhaustiva de explicaciones alternativas relacionadas con la formación estelar, las incertidumbres del modelado o la astrofísica exótica. Al final, el equipo se vio obligado a concluir que los agujeros negros recién identificados eran reales.

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«Todavía nos estamos pellizcando», dijo Kannappan.

“Estamos emocionados de buscar un millón de ideas de seguimiento. Los agujeros negros que encontramos son los componentes básicos de los agujeros negros supermasivos como el de nuestra Vía Láctea. Hay tanto que queremos aprender sobre ellos”, agregó Kannappan.

Prudencia Febo

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