Nuevo estudio demuestra que los agujeros negros aumentan de peso durante la colisión de galaxias

Los gigantes agujeros negros en los centros galácticos crecen fundamentalmente como resultado de colisiones galácticas, de acuerdo a los resultados presentados por un grupo de astrónomos dirigido por Ezequiel Tresiter de la Universidad de Hawai, y que fueron publicados en la edición del 25 de marzo de la revista Science.

Izquierda: Imágenes de galaxias en colisión, obtenidas por el Telescopio Espacial Hubble. Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Colaboración ESA/Hubble y A. Evans (Universidad de Virginia, Charlottesville/NRAO/Universidad Stony Brook), K. Noll (STScI), y J. Westphal (Caltech).

A medida que las nubes de gas en las galaxias son absorbidas dentro del agujero negro central, emiten vastas cantidades de radiación, dando lugar a objetos que los astrónomos llaman cuásares.

"Hallamos que esos agujeros negros en crecimiento están originalmente escondidos por grandes cantidades de polvo," dijo Treister, "pero después de 10-100 millones de años este polvo es expulsado por la fuerte presión de la radiación, dejando tras de sí un cuásar desnudo, que es visible en las longitudes de onda visibles y sigue brillando por otros 100 millones de años."

Para este estudio, el grupo combinó datos obtenidos con los observatorios espaciales Hubble, Chandra y Spitzer para identificar un gran número de cuásares oscurecidos y cubiertos de polvo a distancias muy grandes, de hasta 11 mil millones de años luz, cuando el el Universo aún estaba en sus inicios. "Por muchos años, los astrónomos creían que esas fuentes eran muy raras. ¡Ahora las están viendo en todas partes!"

Debido a que la mayor parte de la emisión de estos cuásares oscurecidos está escondida, los astrónomos buscan longitudes de onda infrarrojas, que correspondan a señales de polvo muy caliente, y rayos-X, los cuales son afectados en menor medida por el oscurecimiento.

Arriba: Representación artística de las fases de un cuásar después de una colisión galáctica masiva. Crédito: Karen Teramura.

Los investigadores descubrieron que el número de cuásares oscurecidos relativos a los que no estaban oscurecidos fue significativamente mayor en el Universo temprano que ahora.

"Sabemos teoréticamente que las colisiones de galaxias masivas ricas en gas eran más frecuentes en el pasado; estas observaciones encajan muy bien dentro de este escenario," agregó el Profesor Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale, segundo autor y teórico del equipo.

"Sabíamos que esto es definitivamente el caso para las galaxias cercanas," dijo el Profesor David Sanders de la Universidad de Hawai y participante de esta investigación, "pero este resultado muestra que esto sucede en todo el Universo."

Los investigadores analizaron más imágenes de estas galaxias distantes tomadas por el Telescopio Espacial Hubble, usando la nueva Cámara de Campo Amplio 3 instalada hace 10 meses durante la última misión de servicio. Estas imágenes revelaron características claras de las interacciones y fusiones, confirmando así la hipótesis de este grupo.

Finalmente, usando una prescrición teórica, los autores estimaron que lleva aproximadamente unos 100 millones de años para que la radiación del agujero negro en crecimiento barra al polvo y gas que lo rodea y revele el cuásar desnudo.

Las fusiones de galaxias mayores son importantes para iniciar episodios de formación estelar y modificar las morfologías de galaxias. "Este trabajo confirma que las fusiones también son críticas para el crecimiento de agujeros negros gigantes," dijo Natarajan. Las fusiones son por lo tanto esenciales para la evolución de una galaxia y también causan que su agujero negro central gane peso durante las fases de oscurecimiento y barrido.

Más información:
Artículo en Astronomy.com

Fuente: Astronomy.com

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Nuevo estudio sobre el flujo oscuro de cúmulos galácticos

Los distantes cúmulos galácticos se mueven misteriosamente a un millón de kilómetros por hora a lo largo de una línea centrada aproximadamente en las constelaciones del hemisferio sur Centauro e Hidra. Un nuevo estudio realizado por Alexander Kashlinsky en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA ubicado en Greenbelt, Maryland, rastrea este movimiento colectivo -denominado "flujo oscuro"- para duplicar la distancia informada originalmente.

Arriba: El Cúmulo Galáctico de Coma (Abell 1656), ubicado a 300 millones de años luz, parece estar influenciado por el flujo oscuro. Recibe su nombre de la constelación de Coma Berenices (o Cabellera de Berenice). Crédito: Jim Misti (Misti Mountain Observatory).

"Esto no es algo que nos proponemos encontrar, pero no podemos hacerlo desaparecer," dijo Kashlinsky. "Ahora vemos que persiste a distancias mucho más grandes -tan lejos como a 2,5 mil millones de años luz." El nuevo estudio saldrá a la luz en la edición del 20 de marzo de The Astrophysical Journal Letters.

Los cúmulos parecen estar moviéndose a lo largo de una línea que se extiende desde nuestro Sistema Solar hacia Centauro/Hidra pero la dirección de este movimiento es un poco incierta. La evidencia sugiere que los cúmulos van en dirección hacia afuera a lo largo de esta trayectoria, alejándose de la Tierra, pero el equipo aun no puede descartar el flujo opuesto. "Detectamos movimiento a lo largo de este eje, pero ahora mismo nuestros datos no pueden decir con la seguridad que nos gustaría si los cúmulos están viniendo o se están alejando," dijo Kashlinsky.

El fluido oscuro es controvertido porque la distribucion de materia en el Universo observable no puede dar indicios sobre el mismo. Su existencia sugiere que algunas estructuras más allá del Universo visible -fuera de nuestro "horizonte"- está atrayendo materia en nuestro vecindario.

Los cosmólogos miran al fondo de microondas - un destello de luz emitido 380.000 años después de que se formara el Universo- como el marco de referencia final. Relativo a él, todo movimiento a gran escala no debería mostrar una dirección preferida.

El gas caliente con emisión de rayos-X dentro de un cúmulo galáctico dispersa fotones desde el fondo de microondas (CMB). Debido a que los cúmulos galácticos no siguen precisamente la expansión del espacio, las longitudes de onda de los fotones dispersos cambian en una forma que refleja el movimiento de cada cúmulo.

Esto resulta en un pequeño corrimiento de la temperatura del fondo de microondas en la dirección del cúmulo. El cambio, al cual los astrónomos denominan efecto cinemático Sunyaev-Zel'dovich (KSZ), es tan pequeño que nunca ha sido observado en un cúmulo galáctico individual.

Sin embargo, en el año 2000, Kashlinsky, que se encuentraba trabajando con Fernando Atrio-Barandela en la Universidad de Salamanca, España, demostró que era posible capturar la débil señal de la medición de ruido al estudiar grandes números de cúmulos.

Arriba: Video (sin audio) que muestra el catálogo de galaxias separadas en secciones que fue preparado por el equipo de investigadores. Una elipse coloreada muestra el eje de flujo para los cúmulos dentro de cada sección. El video incluye imágenes de cúmulos representativos en cada sección de distancia. Crédito: NASA/Centro de Vuelos Espaciales Goddard.

En 2008, equipados con un catálogo de 700 cúmulos armados por Harald Ebeling en la Universidad de Hawai y Dale Kocevski, actualmente en la Universidad de California en Santa Cruz, los investigadores aplicaron la técnica a la publicación de tres años de datos de la Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas (WMAP = Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Allí es cuando el misterio del movimiento se hizo presente.

El nuevo estudio se basa en el anterior al usar cinco años de resultados de WMAP y al duplicar el número de cúmulos galácticos.

"Lleva, en promedio, cerca de una hora de tiempo de telescopio para medir la distancia a cada cúmulo con el que trabajamos, sin mencionar los años requeridos para hallar estos sistemas en primer lugar," dijo Ebeling. "Este es un proyecto que requiere un seguimiento considerable."

De acuerdo a Atrio-Barandela, quien se ha centrado en comprender los posibles errores en el análisis del equipo, el nuevo estudio provee evidencia mucho más sólida de que el flujo oscuro es real. Por ejemplo, los cúmulos más brillantes a longitudes de onda de rayos-X contienen la mayor cantidad de gas caliente para distorsionar los fotones CMB. "Cuando son procesados, estos mismos cúmulos también muestran la marca KSZ más fuerte -improbable si el flujo oscuro fuera meramente una casualidad estadística," afirmó.

Además, el equipo, el cual también incluye a Alastair Edge de la Universidad de Durham, Inglaterra, dividió el catálogo de cúmulos en cuatro secciones representando diferentes rangos de distancia. Entonces examinaron la dirección de flujo preferida de los cúmulos dentro de cada sección. Mientras que el tamaño y posición exacta de esta dirección presenta algunas variaciones, las tendencias totales de las secciones muestran una concordancia extraordinaria.

Los investigadores están actualmente trabajando para expandir su catálogo de cúmulos para rastrear el flujo oscuro por cerca del doble de la distancia actual. El modelo mejorado de gas caliente dentro de cúmulos galácticos ayudará a refinar la velocidad, eje y dirección del movimiento.

Planes futuros requieren la comprobación de los hallazgos contra datos nunca publicados del proyecto WMAP y la misión Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA), que actualmente se encuentra mapeando el fondo de microondas.

Más información:
Artículo en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA

Fuente: NASA/GSFC.

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Dos galaxias en colisión crean cuásar binario

Los astrónomos han encontrado la primera evidencia clara de un cuásar binario dentro de un par de galaxias en colisión. Los cuásares son centros galácticos extremadamente brillantes que rodean a agujeros negros supermasivos y los cuásares binarios son un par de cuásares unidos por su atracción gravitatoria.

Izquierda: Imagen compuesta del cuásar binario SDSS J1254+0846, tomada por el Telescopio de Rayos-X Chandra. Crédito: Rayos-X (NASA/CXC/SAO/P. Green, entre otros), Optico (Observatorio de Carnegie/Magellanes/Telescopio W.Baade/J.S.Mulchaey, entre otros).

Se cree que los cuásares binarios, al igual que otros cuásares, son el resultado de fusiones galácticas. Hasta ahora, sin embargo, los cuásares no han sido observados en el momento de la colisión.

Las imágenes de un nuevo cuásar binario provenientes del Telescopio Magallanes de la Institución Carnegie en Chile, muestran dos galaxias distantes con las "colas" producidas por las fuerzas de marea causadas por la mutua atracción gravitacional.

"Este es realmente el primer caso en el cual puedes ver dos galaxias separadas, ambas con cuásares, que están claramente interactuando," dijo John Mulchaey, astrónomo de Carnegie que realizó las observaciones cruciales para comprender la fusión de las galaxias.

Se cree que las grandes galaxias como la nuestra, la Vía Láctea, albergan agujeros negros supermasivos en sus centros. Debido a que las galaxias interactúan y se funsionan regularmente, los astrónomos han asumido que los agujeros negros supermasivos son normales en el Universo, especialmente en sus primeras etapas. Los agujeros negros sólo pueden ser detectados como cuásares cuando están acumulando materia de forma activa, un proceso que libera grandes cantidades de energía. Una teoría importante es que las fusiones de galaxias llevan a la acumulación de materia, creando cuásares en ambas galaxias. Debido a que la mayoría de tales fusiones ocurrieron en el pasado distante, los cuásares binarios y sus galaxias asociadas están muy lejos y por ello son muy difíciles de ver con la mayoría de los telescopios.

El cúasar binario, denominado SDSS J1254+0846, fue inicialmente detectado por el Sloan Digital Sky Survey, una inspección a gran escala de galaxias y más de 120.000 cuásares. Observaciones adicionales de Paul Green del Centro para Astrofísica de la Institución Smithsonian y Harvard junto a otros colegas indicaron, al usar el Observatorio de Rayos-X Chandra y otros telescopios en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona y el Observatorio Palomar en California, que probablemente el objeto sería un cuásar binario en medio de una fusión galáctica. Mulchaey, de Carnegie, usó el telescopio Magallanes de 6,5 metros en el Observatorio de Las Campanas en Chile para obtener imágenes más profundas y una espectroscopía más detallada de las galaxias en fusión.

Las imágenes de Magallanes permitieron ver que hay ondas de marea en las colas de las galaxias, lo que indica que se encuentran interactuando mutuamente.

Thomas Cox, actualmente colega de los Observatorios Carnegie, corroboró esta conclusión usando simulaciones por computadora de las galaxias en fusión. Cuando éstas emergieron en el modelo de Cox, presentaban características similares a las observadas por Mulchaey.

Más información:
Artículo en la Institución Carnegie
Observación del Telescopio de Rayos-X Chandra

Fuente: Carnegie Institution.

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Una colisión galáctica que crea un agujero negro

Una imagen de la colisión de dos galaxias, NGC 6872 e IC 4970, fue obtenida por tres telescopios y en tres longitudes de onda diferentes.

La imagen de rayos-X fue obtenida por el Observatorio de Rayos-X Chandra de la NASA, (púrpura), la imagen en infrarrojo proviene del Telescopio Infrarrojo Spitzer (color rojo), mientras que la parte óptica, proveniente del Telescopio Muy Grande (VLT, por sus siglas en inglés) del ESO, aparece en la imagen de coloración roja, verde y azúl.

Arriba: NGC 6872 e IC 4970 en proceso de colisión. Crédito: Rayos-X: NASA/CXC/SAO/M.Machacek; Óptico: ESO/VLT; Infrarrojo: NASA/JPL/Caltech.

Los astrónomos piensan que los agujeros negros existen en el centro de la mayoría de las galaxias. No sólo las galaxias y los agujeros negros parecen coexistir, sino que parece que están fuertemente relacionados en su evolución. Para comprender esta relación simbiótica, los científicos se han enfocado en lo que se llama núcleos galácticos activos (AGN), para estudiar cómo son afectados por sus medioambientes galacticos.

Los últimos datos de Chandra y Spitzer muestran que IC4970, la pequeña galaxia en la parte superior de la imagen, contiene un AGN, pero uno que está muy esconcido por el capullo de gas y polvo, por lo que muy poca luz es detectada por telescopios ópticos como el VLT. Los raros-X e infrarrojos, sin embargo, pueden penetrar este velo de material y revelar la luz que es generada a medida que se calienta el material antes de caer dentro del agujero negro, el cual se ve como una fuente que parece un punto brillante.

A pesar de este gas y polvo alrededor de IC 4970, los datos de Chandra sugieren que no hay gas caliente suficiente en IC 4970 para impulsar el crecimiento del AGN. El origen en realidad está en su galaxia compañera, NGC 6872. Ambas están en el proceso de una colisión y la atracción gravitacional de IC 4970 ha extraido parte de la reserva de gas frío de NGC 6872 (visible claramente en los datos de Spitzer) proveyendo una nueva fuente de energía para la creación del agujero negro gigante.

Más información:
IC 4970 and NGC 6872:
Galaxy Collision Switches on Black Hole
Página de Chandra en el sitio de la NASA

Fuente: Chandra.

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