ALMA descubre la primera tormenta gigantesca de agujeros negros

11 Junio, 2021 / Tiempo de lectura: 8 minutes

Gracias al Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) investigadores descubrieron un viento galáctico titánico impulsado por un agujero negro supermasivo hace 13.100 millones de años. Este es el ejemplo más antiguo observado de tal viento hasta la fecha y es una señal reveladora de que los enormes agujeros negros tienen un efecto profundo en el crecimiento de las galaxias desde la historia más temprana del Universo.

En el centro de muchas galaxias grandes se esconde un agujero negro supermasivo que es de millones a miles de millones de veces más masivo que el Sol. Curiosamente, la masa del agujero negro es aproximadamente proporcional a la masa de la región central (abultamiento) de la galaxia en el Universo cercano. A primera vista, esto puede parecer obvio, pero en realidad es muy extraño. La razón es que los tamaños de las galaxias y los agujeros negros difieren en unos diez órdenes de magnitud. Basándose en esta relación proporcional entre las masas de dos objetos que son tan diferentes en tamaño, los astrónomos creen que las galaxias y los agujeros negros crecieron y evolucionaron juntos (coevolución) a través de algún tipo de interacción física.

Un viento galáctico puede proporcionar este tipo de interacción física entre los agujeros negros y las galaxias. Un agujero negro supermasivo se traga una gran cantidad de materia. A medida que esa materia comienza a moverse a alta velocidad debido a la gravedad del agujero negro, emite una energía intensa, que puede empujar la materia circundante hacia afuera. Así es como se crea el viento galáctico.

"La pregunta es ¿cuándo surgieron los vientos galácticos en el Universo?" dice Takuma Izumi, autor principal del artículo de investigación e investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). "Esta es una pregunta importante porque está relacionada con un problema importante en astronomía: ¿Cómo coevolucionaron las galaxias y los agujeros negros supermasivos?"

El equipo de investigación utilizó por primera vez el telescopio Subaru de NAOJ para buscar agujeros negros supermasivos. Gracias a su capacidad de observación de campo amplio, encontraron más de 100 galaxias con agujeros negros supermasivos en el Universo hace más de 13 mil millones de años [1].

Luego, el equipo de investigación utilizó la alta sensibilidad de ALMA para investigar el movimiento del gas en las galaxias anfitrionas de los agujeros negros. ALMA observó la galaxia HSC J124353.93+010038.5 (en adelante J1243+0100), descubierta por el Telescopio Subaru, y capturó ondas de radio emitidas por el polvo y los iones de carbono en la galaxia [2].

El análisis detallado de los datos de ALMA reveló que hay un flujo de gas de alta velocidad que se mueve a 500 km por segundo en J1243+0100. Este flujo de gas tiene suficiente energía para alejar el material estelar de la galaxia y detener la actividad de formación de estrellas. El flujo de gas encontrado en este estudio es verdaderamente un viento galáctico, y es el ejemplo más antiguo observado de una galaxia con un gran viento de tamaño galáctico. El poseedor del récord anterior era una galaxia hace unos 13 mil millones de años, por lo que esta observación hace retroceder el comienzo otros 100 millones de años.

El equipo también midió el movimiento del gas silencioso en J1243+0100 y estimó la masa del abultamiento de la galaxia, basándose en su equilibrio gravitacional, en unas 30 mil millones de veces la del Sol. La masa del agujero negro supermasivo de la galaxia, estimada por otro método, era aproximadamente el 1% de eso. La relación de masa del abultamiento al agujero negro supermasivo en esta galaxia es casi idéntica a la relación de masa de los agujeros negros a las galaxias en el Universo moderno. Esto implica que la coevolución de los agujeros negros supermasivos y las galaxias ha estado ocurriendo desde menos de mil millones de años después del nacimiento del Universo.

"Nuestras observaciones apoyan las recientes simulaciones por computadora de alta precisión que han predicho que las relaciones coevolutivas estaban en su lugar incluso hace unos 13 mil millones de años", comenta Izumi. "Estamos planeando observar una gran cantidad de objetos similares en el futuro y esperamos aclarar si la coevolución primordial vista en este objeto es una imagen precisa del Universo general en ese momento".

Notas

[1] Para obtener más información, consulte el comunicado de prensa del Telescopio Subaru emitido el 13 de marzo de 2019, "Los astrónomos descubren 83 agujeros negros supermasivos en el universo temprano". El número de galaxias con agujeros negros supermasivos descubiertos era 83 en el momento de este anuncio, pero el número de descubrimientos ahora ha aumentado a más de 100.

[2] El corrimiento al rojo de este objeto es z = 7.07. Usando los parámetros cosmológicos medidos con Planck (H0 = 67.3km / s / Mpc, Ωm = 0.315, Λ = 0.685: Resultados de Planck 2013), podemos calcular la distancia al objeto en 13.1 mil millones de años luz.

Información adicional

Estos resultados de observación se presentan como "Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Feedback a gran escala y formación estelar en un quásar de baja luminosidad en z = 7.07", por Takuma Izumi et al. en Astrophysical Journal el 14 de junio de 2021.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

Esta investigación fue apoyada por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI (No. JP20K14531, JP17H06130, 1146 JP1 7H01114, JP19J00892), The Leading Initiative for Excellent Young Researchers, MEXT, Japan (HJH02007), NAOJ ALMA Scientific Research Grant (2017-06B, 2020-16B), Spanish MICINN (PID2019-10GB-C33 y "Unit of Excellence María de Maeztu 2020-2023 "otorgado a ICCUB (CEX2019-000918-M)), National Science Foundation of China (11721303, 11991052, 11950410493, 12073003), National Key R&D Program of China (2016YFA0400702), European Research Council (ERC) Consolidator Grant plan de financiación (proyecto ConTExt, subvención núm. 648179), subvención del Fondo de Investigación Independiente de Dinamarca DFF-7014-00017 y la Fundación Nacional de Investigación de Dinamarca con la subvención núm. 140.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes