A través de la última década, los astrónomos han encontrado pruebas convincentes de que los agujeros negros con masas de hasta miles de millones de masas solares residen en el centro de galaxias masivas. El nuevo estudio sugiere que estos agujeros negros supermasivos podrían crecer de diferentes maneras, que dependen de las propiedades estructurales de la galaxia anfitriona. Créditos: ESA / V. Beckmann (NASA-GSFC)Hay pocas dudas de que los centros de las galaxias masivas son el hábitat de un agujero negro con masas que van desde cientos de miles a miles de millones de masas solares. Tras varios años de investigación, los astrónomos han encontrado que las masas de tales agujeros negros supermasivos están estrechamente relacionadas con la velocidad de dispersión de las estrellas cerca del centro de la galaxia. Además, sus masas están también relacionadas con la masa estelar total de la galaxia, cuando la galaxia anfitriona es una galaxia elíptica, o con la masa estelar del abultamiento central de la galaxia, cuando la galaxia anfitriona tiene un componente de disco. Estas relaciones de escala han llevado a los científicos a desarrollar modelos teóricos en los que la formación de una galaxia elíptica o un abultamiento está conectado con el crecimiento del agujero negro. La rápida caída de la materia bariónica en el potencial gravitacional de halos de materia oscura puede en principio llevar a la formación de estructuras estelares tales como las galaxias elípticas y los abultamientos galácticos, así como agujeros negros supermasivos centrales. En sus primeras etapas de evolución, tales agujeros negros se cree que liberan cantidades enormes de energía, la cual puede regular la formación de nuevas estrellas en sus anfitrionas, un mecanismo conocido como retroalimentación. Sin embargo, los acontecimientos recientes indican que las galaxias elípticas y los abultamientos podrían formarse a través de diferentes maneras. Por otra parte, también hay indicios de que diferentes procesos de formación dominan en diferentes abultamientos. Esto nos lleva a la pregunta de si todos los agujeros negros crecen en una manera similar, o si su crecimiento depende de la forma de sus galaxias anfitrionas.
Para abordar este problema, el nuevo estudio utiliza los resultados de un detallado trabajo sobre las propiedades estructurales de una gran muestra de galaxias masivas locales, que mide las masas estelares de galaxias elípticas y abultamientos, y se distinguen, de una manera objetiva, pseudo-abultamientos y abultamientos clásicos, que se cree se forman a través de diferentes procesos dominantes. Las medidas de la velocidad de dispersión para la misma muestra se obtuvieron del Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Con estos datos en la mano, se comprobó que las galaxias elípticas y los abultamientos siguen relaciones que se contrapesan entre sus masas estelares y la velocidad de dispersión. Desde que la masa del agujero negro se correlaciona con la masa estelar de la anfitriona y la velocidad de dispersión, se deduce que las galaxias elípticas y los abultamientos clásicos no pueden seguir simples relaciones entre la masa del agujero negro y la masa de la anfitriona y entre la masa de un agujero negro y la velocidad de dispersión. Esto a su vez indica que la forma en que los agujeros negros crecen dentro de los dos tipos de sistemas estelares es diferente. El nuevo estudio también señala que las galaxias con pseudo-abultamientos son desplazadas de las relaciones de escala definidas por las galaxias con abultamientos clásicos, y esto generalmente es causado por la presencia de una barra en la galaxia. Las barras conducen a medir grandes velocidades de dispersión centrales, y este efecto es importante en los seudo-abultamientos de galaxias anfitrionas, ya que la dispersión de la velocidad real del abultamiento es baja en estos sistemas.
Los científicos del MPA también llevaron a cabo un censo detallado de los agujeros negros presentes en el Universo local utilizando la gran muestra de galaxias a su disposición. Se encontró que el 55 por ciento de la masa en los agujeros negros, en el universo local, está en el centro de las galaxias elípticas, el 41 por ciento en los abultamientos clásicos y el 4 por ciento en pseudo-abultamientos. Lamentablemente, sin embargo, los resultados dependen muy sensiblemente de si se utiliza la masa anfitriona o la velocidad de dispersión para deducir la masa del agujero negro.
La próxima generación de telescopios terrestres muy grandes, con óptica adaptativa, permitirá a los científicos medir los movimientos de las estrellas y el gas en las regiones centrales de las galaxias, y obtener mediciones precisas de la masa del agujero negro de miles de cercanas galaxias elípticas y discos galácticos. Hoy sólo tenemos una docena de tales mediciones. Esto va a revolucionar el campo, ya que no tendrán que depender de medidas indirectas de la masa del agujero negro, como hse hizo en este estudio. Esto traerá una nueva comprensión de cómo los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas han evolucionado a través del tiempo cósmico.
Izquierda: las masas estelares de galaxias elípticas y abultamientos se trazan contra la velocidad de dispersión central, como se indica. Las masas de los agujeros negros en los paneles de la derecha se obtienen a través de la relación entre la masa anfitriona y la masa del agujero negro. Es evidente que las galaxias elípticas y los abultamientos siguen las relaciones de desplazamiento (con una precisión estadística del 99 por ciento). Desde que las mediciones directas de la masa del agujero negro muestran que se correlaciona tanto con la masa anfitriona como con la velocidad de dispersión, las galaxias elípticas y los abultamientos no pueden seguir las relaciones individuales entre la masa del agujero negro y la masa anfitriona y entre la masa del agujero negro y la velocidad de dispersión. Esto indica que el crecimiento de un agujero negro depende del proceso de formación dominante de su anfitrión, y no es lo mismo con cada agujero negro. Esta figura también muestra que una galaxia anfitriona con un pseudo-abultamiento tiene una mayor probabilidad de estar fuera de la relación establecida por las galaxias con abultamientos clásicos si ella es barrada.
Se puede obtener la función de distribución de la masa del agujero negro supermasivo utilizando la relación entre la masa del agujero negro y la masa anfitriona, o entre la masa del agujero negro y la velocidad de dispersión. Sorprendentemente, sin embargo, los resultados son diferentes. Esto es al menos parcialmente, debido a las distintas relaciones entre la masa anfitriona y la velocidad de dispersión para las galaxias elípticas y los abultamientos. La respuesta a este enigma podría revelar nuevos detalles sobre la formación conjunta de las galaxias y sus agujeros negros centrales.Datos útiles:
Materia bariónica: En astronomia se considera materia bariónica aquella materia constituida por bariones y leptones (con excepción de ciertos tipos de neutrinos). Se trata entonces de la materia que constituye todo lo que es visible y nos rodea.
La materia bariónica constituye solamente el 4% de la masa del universo. Un 23% está formado por materia oscura y el 73% restante por la energía oscura.
Fuente de información:
Supermassive black holes grow in different ways, Dimitri Gadotti y Guinevere Kauffmann, Max Planck Institute of Astrophysics
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