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Una galaxia diez veces la masa de la Vía Láctea está a punto de convertirse en un cuásar

Una de las preguntas fundamentales en astronomía es cómo se formaron las galaxias hace más de 13 mil millones de años y cómo han evolucionado desde entonces. Una característica común que han notado los astrónomos es que la mayoría de las galaxias parecen tener agujeros negros supermasivos (SMBH) en su centro – como Sagitario A*, masa solar ~4 millones SMBH en el centro de la Vía Láctea. Estos monstruosos agujeros negros a veces tragan gas, polvo y estrellas cercanos y emiten un exceso de energía en forma de poderosos chorros relativistas. Este fenómeno, donde el centro galáctico eclipsa a las estrellas del disco, se conoce como núcleo galáctico activo (AGN) o cuásar.

En un estudio reciente, un equipo internacional de astrónomos dirigido por Observatorio Europeo Austral (ESO) descubrió una galaxia en el universo primitivo que podría revelar más sobre esta evolución. usando telescopio muy grande (VLT) y Gran Grupo Atacama Milímetro/Metro (ALMA) en Chile, observaron un enjambre de galaxias orbitando una galaxia muy brillante y formando estrellas fuertemente en el universo primitivo. Estas observaciones brindan información sobre cómo las galaxias excepcionalmente brillantes crecen y evolucionan hasta convertirse en cuásares, liberando poderosos estallidos de luz a través del universo visible.

La investigación fue dirigida por Michelle Ginolfi, investigadora de Observatorio Europeo Austral (ESO) en Garching, Alemania. A él se unieron investigadores de Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), y Laboratorio CavendishLos Instituto Kavli de CosmologíaLos Instituto Max Planck de Astrofísica (MPIA), y centro del amanecer cósmico (amanecer), y Instituto Niels Borg (NBI), y Instituto de Astrofísica de París (IAP), y múltiples universidades. El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Observados originalmente en 1963, los cuásares (abreviatura de cuásares) recibieron su nombre porque se parecen a las estrellas pero brillan en el espectro de radio. Hoy en día, el término se usa para describir todos los agujeros negros supermasivos que son particularmente luminosos debido a la forma en que consumen el gas, el polvo y las estrellas circundantes. Hoy en día, todavía se desconocen muchos detalles sobre cómo las galaxias pasan de ser «normales» a cuásares. Para obtener más información sobre este proceso, Ginolfi y sus colegas examinaron W0410-0913, una de las galaxias más brillantes, masivas y ricas en gas observadas en el universo primitivo.

Esta galaxia se encuentra a unos 12 000 millones de años luz de la Tierra y, para los astrónomos, aparece como era unos mil millones de años después del Big Bang. Lo que hace que W0410-0913 sea tan brillante es cómo el agujero negro central y las estrellas que lo rodean calientan el polvo. Esto hace que este tipo de galaxia parezca particularmente brillante en el espectro infrarrojo, lo que lleva al nombre de «galaxias protegidas por polvo caliente» (también conocidas como «perros calientes»). Como explicó Ginolfi recientemente presione soltar Del Instituto Niels Bohr:

Antes de convertirse en un cuásar de pleno derecho, se cree que algunas galaxias pasan por una fase muy polvorienta y «activa» en términos de formación de estrellas y acumulación de gas en sus agujeros negros supermasivos centrales. Nos propusimos diseñar un experimento para aprender más sobre esta transición».

Dado que la evolución de las galaxias está relacionada con su entorno, Ginolfi se basó en los datos que obtuvo espectrofotómetro de unidades múltiples (MUSA) en telescopio muy grande (VLT) en Chile, lo que les permitió estudiar un área 40 veces más grande que la propia galaxia. Luego consultaron los datos de archivo obtenidos por la matriz ALMA, lo que les permitió medir el movimiento interno de gas dentro de W0410-0913. Como Peter Laursen, investigador del Cosmic Dawn Center en Copenhague y coautor del estudio, explicado:

«Las observaciones revelaron que W0410-0913 está rodeado por un enjambre de al menos 24 galaxias más pequeñas. Lo mejor del instrumento MUSE es que podemos medir no solo su posición en el cielo, sino también su distancia a lo largo de nuestra línea de visión. En En otras palabras, podemos medir sus posiciones en 3D».

Impresión artística de un quásar distante alimentado por un agujero negro dos mil millones de veces la masa del Sol. Crédito: ESO/M. Kornmeiser

Esto significa que W0410-0913 reside en un área al menos diez veces más densa que el universo normal. Esto no fue del todo inesperado ya que se supone que los perros calientes viven en entornos densos. Además, W0410-0913 era 10 veces más grande que el tamaño de nuestra galaxia cuando el universo tenía aproximadamente 1/8 de la edad del universo actual. Lograr este nivel de crecimiento en tan poco tiempo y alimentar un agujero negro supermasivo para lograr este nivel de brillo requeriría una gran cantidad de material de alimentación.

Esto es consistente con teorías bien establecidas sobre cómo las galaxias masivas crecen a través de la acumulación de gas y se fusionan con las galaxias satélite a través de la gravedad. En el entorno denso ocupado por W0410-0913, el equipo de investigación predijo que experimentaría interacciones y fusiones con otras galaxias a un ritmo muy elevado. También predijeron que la parte interior de la galaxia sería un remolino caótico de nubes de gas y estrellas. En este sentido, se sorprendieron cuando las observaciones de ALMA revelaron que W0410-0913 no parecía en absoluto perturbado por las interacciones con sus vecinos.

De hecho, las observaciones de ALMA mostraron que el gas y las estrellas orbitaban de manera ordenada alrededor del agujero negro central, a pesar de que se movían a una velocidad increíble: ¡500 kilómetros por segundo (1,8 millones de km/h; 1,12 millones de mph)! Dijo Ginolfi:

«Al unir los resultados de los dos telescopios muy diferentes, vemos una imagen de cómo evolucionan las galaxias más masivas y polvorientas. Este tipo de galaxia, una etapa vital en la transición de una galaxia polvorienta y formadora de estrellas a un cuásar, tiende a crecer en entornos muy densos.. Sin embargo, a pesar de las frecuentes fusiones esperadas con otras galaxias, estas interacciones gravitatorias no son necesariamente destructivas: alimentan la galaxia central y hacen girar un poco el gas, pero la dejan prácticamente intacta. Es un poco como arrojar pequeñas piedras a un plato de vidrio duro: puedes rayarlo, pero no lo romperás…«

Vista estereoscópica de W0410-0913 (la bola azul) y sus vecinos galácticos (las bolas rojas). Crédito: Peter Laursen/NBI

Estas observaciones proporcionan una idea de cómo evolucionaron las galaxias en el universo primitivo hasta lo que vemos hoy con los vecinos de la Vía Láctea. También proporciona las primeras pistas sobre los procesos que impulsan la evolución de los perros calientes, un grupo extremo y raro de galaxias en nuestro universo. Según lo que recopilaron Ginolfi y sus colegas utilizando VLT y ALMA, estas galaxias crecen en hábitats especiales y densos, pero aún pueden interactuar suavemente con sus compañeras. En los próximos años, habrá muchas oportunidades para seguir observando estas y otras galaxias tempranas con telescopios de próxima generación.

Esto incluye Telescopio espacial James Webb (JWST) El califa de Galilea Hubble – Los Telescopio espacial romano Nancy Grace (RST): lanzamiento programado para 2027. También hay telescopios terrestres de próxima generación que se unirán a VLT y ALMA, incluido ESO telescopio muy grande (ELT) y otras herramientas de apertura de 30 m, como Telescopio Magallanes Gigante (GMT) y Telescopio de treinta metros (TMT). También se espera que el conocimiento de las complejidades de cómo evolucionan las galaxias proporcione nuevos conocimientos sobre la materia oscura y la energía oscura y conduzca a modelos más completos de evolución cósmica.

Lectura profunda: Instituto Niels BorgY el templar la naturaleza