Los astrónomos encuentran un tesoro escondido de agujeros negros masivos

Los astrónomos encuentran un tesoro escondido de agujeros negros masivos


24 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill ha encontrado un tesoro de agujeros negros masivos en galaxias enanas que antes se había pasado por alto. 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.

Se dice que la Vía Láctea, una galaxia espiral gigante, se formó a partir de la fusión de muchas galaxias enanas más pequeñas. Por ejemplo, las Nubes de Magallanes en el cielo del sur son galaxias enanas que se fusionarán con la Vía Láctea. Cualquier enano que caiga puede traer consigo un agujero negro masivo central de decenas o cientos de miles de veces el tamaño 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 crítico en nuestra comprensión de cómo se unen los agujeros negros y las galaxias. Nueva investigación publicada en el Diario astrofísico («RESOLVE and ECO: Finding Low-Metallicity z∼0 Dwarf AGN Candidates Using Optimized Emission-Line Diagnostics») ayuda a llenar este vacío al revelar que los agujeros negros masivos son muchas veces más comunes en las galaxias enanas de lo que se pensaba anteriormente.

«Este resultado realmente me dejó alucinado porque estos agujeros negros se escondían a simple vista antes», dijo Mugdha Polimera, autora principal del estudio y doctora en UNC-Chapel Hill. Alumnos. Ilustración de una galaxia enana con un agujero negro y un chorro en crecimiento Los agujeros negros masivos recién descubiertos residen en galaxias enanas, donde su radiación compite con la luz de numerosas estrellas jóvenes. (Imagen original de NASA & ESA/Hubble, agujero negro con obra de arte jet de M. Polimera)

Enviar mensajes mixtos

Los agujeros negros generalmente se detectan cuando están creciendo activamente, absorbiendo gas y polvo de estrellas que se arremolinan a su alrededor, lo que hace que brillen intensamente.

Sheila Kannappan, profesora de UNC-Chapel Hill, Ph.D. Asesor y coautor del estudio, comparó los agujeros negros con las luciérnagas.

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

El problema es que las estrellas jóvenes y recién nacidas también pueden hacerlo, mientras que los agujeros negros en crecimiento brillan con una radiación distintiva de alta energía. Tradicionalmente, los astrónomos han distinguido 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 a medida que se propaga como un arco iris en un espectro.

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

«El trabajo anterior solo había excluido casos ambiguos como este del análisis estadístico, pero tenía la sensación 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 prístinos del Big Bang) y su rápida tasa de formación de nuevas estrellas.

El coautor del estudio, Chris Richardson, profesor asociado de la Universidad de Elon, usó simulaciones teóricas para confirmar que los resultados de las pruebas de mensajes mixtos eran exactamente lo que la teoría predijo para una composición primordial, una galaxia enana fuertemente formada por estrellas con un agujero negro masivo en crecimiento. predecir. «El hecho de que mis simulaciones coincidieran con los resultados del grupo Kannappan me entusiasmó para estudiar las implicaciones para la evolución de las galaxias», dijo Richardson.

Un censo de agujeros negros en crecimiento

Polimera aceptó el desafío de crear un nuevo censo de agujeros negros en crecimiento, considerando tipos de mensajes tanto tradicionales como mixtos. Obtuvo mediciones publicadas de características espectrales de luz visible para buscar agujeros negros en miles de galaxias encontradas en dos estudios 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 de las galaxias enanas universales actuales.

«Para mí era importante que no centráramos nuestra búsqueda de agujeros negros en galaxias enanas», dijo Polimera. «Pero cuando miré el recuento completo, descubrí que la nueva generación de agujeros negros en crecimiento casi siempre aparecía en las enanas. Me sorprendieron los números cuando los vi por primera vez”.

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

El resultado me pareció demasiado bueno. «Todos nos pusimos nerviosos», dijo Polimera. «La primera pregunta que me vino a la mente fue: ¿Nos hemos perdido una forma en que la formación estelar extrema por sí sola podría explicar estas galaxias?» Realizó una búsqueda exhaustiva de explicaciones alternativas relacionadas con la formación estelar, las incertidumbres del modelo o la astrofísica exótica. Al final, el equipo tuvo que concluir que los agujeros negros recién identificados eran reales.

«Todavía nos estamos pellizcando», dijo Kannappan. “Esperamos 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 propia Vía Láctea. Hay tanto que queremos aprender sobre ellos”.



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