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15.02.2018 (IEEC)

El crecimiento de los agujeros negros deja atrás al de las galaxias

Dos nuevos estudios que emplean datos obtenidos con el observatorio de rayos X Chandra y otros telescopios de la NASA evidencian que el crecimiento de los mayores agujeros negros del Universo está superando la tasa de formación de estrellas en las galaxias en las que están situados.


Durante muchos años, los astrónomos han obtenido datos sobre la formación de estrellas en las galaxias y del crecimiento de los agujeros negros supermasivos (es decir, aquellos que tienen masas de millones o miles de millones de veces la del Sol) situados en sus centros. Estos datos sugerían que los agujeros negros y las estrellas en sus galaxias anfitrionas crecían a la vez.


Hoy, los resultados de dos grupos de investigadores independientes señalan que los agujeros negros de las galaxias masivas han crecido mucho más rápidamente que en las menos masivas.


“Estamos intentando reconstruir una carrera que empezó hace miles de millones de años” dice Guang Yang de la Penn State University que ha dirigido unos de los estudios. “Estamos empleando datos extraordinarios obtenidos con diferentes telescopios para entender como se desarrolla esta competición cósmica”.


Empleando grandes cantidades de datos del observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble y de otros observatorios, Yang y sus colaboradores han estudiado la tasa de crecimiento de los agujeros negros de las galaxias a distancias entre los 4.300 y 12.200 millones de años luz de la Tierra. Los datos de rayos X incluían los publicados en el Chandra Deep Field-South & North y en el COSMOS-Legacy.


Los científicos calcularon la relación existente entre la tasa de crecimiento de un agujero negro supermasivo y la de crecimiento de las estrellas en la galaxia anfitriona. Una idea común es que esta relación era aproximadamente constante en todas las galaxias.


En contra, Yang y sus colaboradores encontraron que esta proporción es mucho mayor para las galaxias más masivas. Para las galaxias que contienen unas 100 mil millones de masas solares de estrellas, la proporción es aproximadamente diez veces superior a la de las galaxias que contienen del orden de 10 mil millones de masas solares de estrellas.


“Una pregunta obvia es: ¿Por qué?”, señala el co-autor del trabajo Niel Brandt, de la Penn State University. “Quizás las galaxias masivas son más efectivas a la hora de alimentar con gas frío a sus agujeros negros supermasivos centrales que las menos masivas”.


Otro grupo de científicos halló, de forma independiente, que el crecimiento de los agujeros negros más masivos ha superado al de las estrellas en sus galaxias anfitrionas. Mar Mezcua, del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, CSIC) y del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) y sus colaboradores estudiaron agujeros negros en algunas de las galaxias más brillantes y masivas del Universo. Estudiaron 72 de ellas ubicadas en el centro de cúmulos de galaxias que se encuentran a distancias en torno a 3.500 millones de años luz de la Tierra. El estudio empleó datos de rayos X procedentes de Chandra y datos en las longitudes de onda de radio del Australia Telescope Compact Array, del Karl G. Jansky Very Large Array y del Very Long Baseline Array de Estados Unidos.


Mar Mezcua y sus colaboradores estimaron las masas de los agujeros negros de estos cúmulos de galaxias empleando una conocida relación entre las masa de un agujero negro y la emisión en radio y rayos X asociada a él. Hallaron que las masas de los agujeros negros eran diez veces mayores que las estimadas por otro método que asumía que los agujeros negros y sus galaxias crecían a la vez.


“Hemos hallado agujeros negros que son mucho más grandes de lo que esperábamos”, dijo Mar Mezcua. “Quizás empezaron antes la carrera para crecer o, quizás, han tenido una ventaja en su velocidad de crecimiento que ha durado miles de millones de años”.


Los investigadores se encontraron con que casi la mitad de los agujeros negros de su muestra tenían unas masas de, como mínimo, 10 mil millones de veces la masa del Sol, lo que los sitúa en una categoría de masa extrema que algunos astrónomos denominan agujeros negros “ultramasivos”.


“Sabemos que los agujeros negros son objetos extremos”, dice la coautora Julie Hlavacek-Larrondo de la Universidad de Montreal, “por lo que posiblemente no sorprenda que los ejemplos más extremos rompan las reglas que pensábamos que deberían seguir”.


El trabajo de Mar Mezcua y colaboradores ha sido publicado por la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) este febrero y se encuentra disponible en línea (https://arxiv.org/abs/1710.10268). El artículo de Yang et al. ha sido aceptado y se publicará en el número de abril de la misma revista (también se encuentra disponible en línea: https://arxiv.org/abs/1710.09399).


El Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, gestiona el programa Chandra para la Dirección de la Misión de Ciencia de la NASA en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory de Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones de ciencia i vuelo de Chandra.