2 de febrero de 2009

Astrónomos descubren conexión entre los agujeros negros supermasivos y la formación de galaxias

Imagen: NASA/AURA/STScI & WikiSky/SDSS

Un par de astrónomos de Texas y Alemania han utilizado un telescopio de la Universidad de Texas en Austin del Observatorio McDonald, junto con el telescopio espacial Hubble y muchos otros telescopios de todo el mundo para develar nuevas pruebas de que las más grandes y masivas galaxias del Universo y el agujero negro supermasivo en su corazón crecieron juntos en el tiempo.

"Ellos evolucionaron al unísono", dijo John Kormendy, de la Universidad de Texas en Austin, , que es coautor de la investigación que aparece en la edición de esta semana de Astrophysical Journal Letters, junto con Ralf Bender del Instituto Max-Planck para Física Extraterrestre y del Observatorio de la Universidad Ludwig Maximilian, de Alemania.

Los astrónomos saben que las galaxias, los enormes ciudades de millones o miles de millones de estrellas, crecen por colisiones y fusiones. El trabajo de Kormendy y Bender involucra a las mayores galaxias del Universo: las "galaxias elípticas", que tienen más o menos como la forma de pelotas de rugby y que puede tener hasta un billón de estrellas. Prácticamente todas estas galaxias contienen un agujero negro en sus centros, es decir, una región infinitamente densa que contiene la masa de millones o miles de millones de soles y de la que la luz no puede escapar.

Una teoría líder actual dice que cuando las galaxias colisionan, sus agujeros negros terminan girando uno alrededor del otro. Juntos, los dos agujeros negros actúan como una batidora de huevos, agitan violentamente el centro de la galaxia con su gravedad increíblemente fuerte y expulsan las estrellas de las regiones centrales. A medida que el par de agujeros negros se unen en el centro de la nueva galaxia fusionada remanente, el núcleo de esta supergalaxia se vacía de estrellas por haber sido expulsadas. Kormendy y Bender midieron la atenuación resultante en el brillo de los núcleos de tales galaxias, el llamado "déficit de luz".

El déficit de luz en los núcleos de las galaxias es sorprendente en vista de varias décadas de trabajo por muchos astrónomos, entre ellos Kormendy y Bender, que mostraron que las mayores galaxias elípticas contienen los agujeros negros más masivos en sus centros. Estos son monstruos "pesando" mil millones de veces o más la masa del Sol. Atraen a las estrellas a su alrededor con una feroz fuerza de gravedad. Los astrónomos esperaban que este gran agujero negro tironease de las estrellas de la galaxia hasta confinarlas en un pequeño y denso cúmulo en el centro. Sin embargo, las observaciones en la década de 1980, realizadas con telescopios basados en la Tierra y otras mucho mejores de la década de 1990 realizadas con el telescopio espacial Hubble revelaron lo contrario. Las mayores galaxias tienen centros de baja densidad grandes y fofos. ¿Por qué los agujeros negros gigantes no están rodeados por un denso cúmulo de estrellas? ¿A dónde van las estrellas desaparecidas?

La teoría de que el agujero negro binario expulsa gravitacionalmente a las estrellas de los centros galácticos ha sido la explicación popular, pero no probada. Ninguna observación telescópica ha provisto las pruebas conclusivas, hasta ahora.

"Nuestras nuevas observaciones son una conexión fuerte y directa entre los agujeros negros y las propiedades centrales de las galaxias", dice Kormendy. "Ellos son un 'arma humeante' que conecta a los agujeros negros con la formación de los centros sorprendentemente fofos de las galaxias elípticas gigantes."

Kormendy y Bender hicieron estudios detallados de 11 de tales galaxias en el Cúmulo de Virgo. Para obtener un panorama general de cada galaxia, utilizaron el amplio campo de visión de la Cámara de Foco Primario del telescopio de 0,8 metros del Observatorio McDonald. Utilizaron el telescopio espacial Hubble para estudiar en gran detalle los núcleos de estas mismas galaxias. Muchos otros telescopios se utilizan para conectar los datos centrales del Hubble con los datos de la parte externa del telescopio McDonald. Los resultados de 27 galaxias elípticas en el Cúmulo de Virgo medidos por Kormendy, Bender y sus colegas de la Universidad de Texas, David Fisher y Mark Cornell y con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de los Estados Unidos están programados para su publicación en una próxima edición del Astrophysical Journal Supplement Series.

La precisión de sus mediciones del brillo - es decir, del número de estrellas - a varias distancias de los centros de las galaxias elípticas, les permitió calcular con mucha mayor precisión que antes las masas de las estrellas que han "desaparecido" de los centros de las mayores elípticas. Esto puso de manifiesto más sorpresas: La masa faltante aumenta al unísono con las masas medidas de los agujeros negros centrales. Se sabía que las dos cantidades están relacionadas, pero no se sabía que la correlación es tan firme como se encuentra con el margen de error. Es decir, la correlación es casi perfecta.

La falta de masa también aumenta al unísono con otra propiedad de la galaxia que se sabe esta vinculada directamente al agujero negro, es decir, las velocidades con las que estrellas se alejan de la galaxia donde no pueden sentir la gravedad del agujero negro.

"Los astrónomos aman las correlaciones estrechas", afirma Bender. "Ellas nos dicen qué tiene que ver con qué. Las nuevas observaciones nos proveen una evidencia mucho más fuerte que los agujeros negros controlan la formación de galaxias, al menos en sus centros. "

Según Linda Sparke, Directora del Programa de Ciencias Astronómicas de la NSF, "Hemos sabido desde hace mucho que los agujeros negros no están repartidos al azar en las galaxias: la mayoría de las galaxias luminosas albergan a los agujeros negros más masivos. Pero no sabíamos cómo el agujero negro y la galaxia se influenciaban recíprocamente. En los centros de las enormes galaxias elípticas, Kormendy y Bender han visto la huella de la fusión de los pares de agujeros negros. De este modo se da crédito a la teoría que las más grandes galaxias se forman a partir de las colisiones de sistemas de menor tamaño: los agujeros negros de las galaxias más pequeñas entonces se fusionan, formando un único agujero negro más masivo en el centro de la galaxia combinada. Por lo tanto, el agujero negro crece junto con la galaxia".

Kormendy finalmente añade: "Durante mucho tiempo hemos creído que los agujeros negros alimentaban a los cuásares en los núcleos galácticos - ellos son los objetos más brillantes del Universo. Y hemos llegado a sospechar que poniendo gigantescos agujeros negros en los centros de las galaxias jóvenes y brillando tanto la luz del quásar sobre ellas afecta a la formación de la galaxia. En otras palabras, sospechamos que el estudio de los cuásares y el estudio de las galaxias son realmente un único asunto. No podemos entender uno sin la comprensión del otro.

"Creemos que hemos ayudado a fusionar estos asunto conectando directamente al agujero negro a la estructura de la galaxia", dijo. "Es como en el famoso dicho de John Muir que todo está conectado a todo lo demás en el mundo. A medida que encontramos que los diferentes asuntos se conectan, construimos una teoría de formación galáctica en la que creemos con confianza."

(jg)

Más información en:
http://mcdonaldobservatory.org/