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Agujeros negros controlan la formación de estrellas en las galaxias grandes

Agujeros negros controlan la formación de estrellas en las galaxias grandes
Los agujeros negros del Universo. NATURE

Las galaxias jóvenes brillan con nuevas estrellas brillantes que se forman a gran velocidad, pero la formación estelar finalmente se apaga a medida que una galaxia evoluciona.

Un nuevo estudio, publicado este 1 de nero de 2017 en ‘Nature’, muestra que la masa del agujero negro en el centro de la galaxia determina cómo de pronto ocurre este «enfriamiento» de la formación estelar.

Cada galaxia masiva tiene un agujero negro supermasivo central, más de un millón de veces más masivo que el sol, revelando su presencia a través de sus efectos gravitacionales en las estrellas de la galaxia y en ocasiones activando la radiación energética de un núcleo galáctico activo (AGN, por sus siglas en inglés).

Se cree que la energía que fluye a una galaxia desde un núcleo galáctico activo desactiva la formación de estrellas al calentar y disipar el gas que de otra manera se condensaría en las estrellas a medida que se enfría.

Esta idea existe desde hace décadas y los astrofísicos han descubierto que las simulaciones de la evolución de las galaxias deben incorporar la retroalimentación del agujero negro para reproducir las propiedades observadas de las galaxias.

Sin embargo, hasta ahora ha faltado evidencia observacional de una conexión entre los agujeros negros supermasivos y la formación estelar ha faltado.

«Hemos estado señalando a la retroalimentación para hacer que las simulaciones funcionen, sin saber realmente cómo sucede», señala el coautor del documento Jean Brodie, profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz, Estados Unidos.

«Esta es la primera evidencia observacional directa en la que podemos ver el efecto del agujero negro en la historia de la formación estelar de la galaxia».

Los nuevos resultados revelan una interacción continua entre la actividad del agujero negro y la formación de estrellas a lo largo de la vida de una galaxia, afectando a cada generación de estrellas formadas a medida que la galaxia evoluciona.

Dirigido por el primer autor Ignacio Martín-Navarro, investigador postdoctoral en la UC Santa Cruz, el estudio se centró en las galaxias masivas para las cuales se midió la masa del agujero negro central en estudios previos al analizar los movimientos de las estrellas cerca del centro de la galaxia.

LA MASA DE LOS AGUJEROS NEGROS, IMPORTANTE EN LA FORMACION ESTELAR

Para determinar las historias de formación estelar de las galaxias, Martín-Navarro analizó los espectros detallados de su luz obtenidos por el ‘Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey’.

La espectroscopía permite a los astrónomos separar y medir las diferentes longitudes de onda de la luz de un objeto.

Martín-Navarro empleó técnicas computacionales para analizar el espectro de cada galaxia y recuperar su historia de formación de estrellas al encontrar la mejor combinación de poblaciones estelares para adaptarse a los datos espectroscópicos.

«Te dice cuánta luz proviene de poblaciones estelares de diferentes edades».

Cuando comparó las historias de formación estelar de galaxias con agujeros negros de diferentes masas, encontró diferencias notables.

Estas diferencias solo se correlacionan con la masa del agujero negro y no con la morfología, el tamaño u otras propiedades galácticas.

«Para las galaxias con la misma masa de estrellas pero diferente masa de agujeros negros en el centro, esas galaxias con agujeros negros más grandes se apagaron antes y más rápido que las que tenían agujeros negros más pequeños. Por lo tanto, la formación de estrellas duró más en esas galaxias con agujeros negros centrales más pequeños».

Otros investigadores han buscado correlaciones entre la formación de estrellas y la luminosidad de los núcleos galácticos activos, sin éxito.

Martín-Navarro apunta que eso puede deberse a que las escalas de tiempo son muy diferentes y la formación de estrellas ocurre a lo largo de cientos de millones de años, mientras que los estallidos de núcleos galácticos activos se producen en periodos de tiempo más cortos.

Un agujero negro supermasivo solo es luminoso cuando está devorando activamente la materia de las regiones internas de su galaxia anfitriona. Los núcleos galácticos activos son muy variables y sus propiedades dependen del tamaño del agujero negro, la tasa de acumulación de material nuevo que cae en el agujero negro y otros factores.

«Usamos la masa del agujero negro como proxy de la energía que AGN introduce en la galaxia, porque la acumulación en agujeros negros más masivos conduce a una retroalimentación más enérgica de los núcleos galácticos activos, lo que calmaría la formación de estrellas más rápido».

La naturaleza precisa de la retroalimentación del agujero negro que apaga la formación estelar sigue siendo incierta, según el coautor Aaron Romanowsky, astrónomo de la Universidad Estatal de San José y de los Observatorios de UC.

«Hay diferentes maneras en que un agujero negro puede poner energía en la galaxia y los teóricos tienen todo tipo de ideas sobre cómo se apaga, pero hay más trabajo por hacer para adaptar estas nuevas observaciones a los modelos».

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