Figura 1: Ejemplos de galaxias interactuando y fusionándose fuertemente, conteniendo un agujero negro supermasivo oscurecido y creciente, observado por el Telescopio Espacial Hubble. Los paneles superiores muestran las galaxias cercanas a unos 500 millones de años luz de nosotros, mientras que las galaxias más distantes en los paneles inferiores están a unos 6.500 millones de años luz de distancia, cuando el universo tenía la mitad de su edad actual. Durante los primeros 10 a 100 millones de años después de la fusión, el agujero negro en expansión sigue estando muy oculto, tras lo cual se convierte en un cuásar ópticamente muy luminoso, que brilla de nuevo por otros 10 a 100 millones de años antes de que probablemente llegue a su límite superior. Crédito: Paneles principales: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA/Hubble colaboración, y A. Evans (Universidad de Virginia, Charlottesville / NRAO / Stony Brook University). Paneles de fondo: E. Treister y Karen Teramura (IFA, de la Universidad de Hawai) A medida que las nubes de gas son absorbidas en las galaxias por su agujero negro central, este emite grandes cantidades de radiación, dando lugar a objetos que los astrónomos llaman cuásares. "Encontramos que estos agujeros negros están originalmente ocultos por grandes cantidades de polvo", dijo Treister, "pero después de 10 a 100 millones de años, este polvo es expulsado por la fuerte presión de la radiación, dejando el cuásar al desnudo, haciéndose muy visible en longitudes de onda ópticas, para seguir brillando por otros 100 millones de años".
Para este estudio, el grupo de datos combinados, obtenidos con los observatorios espaciales Hubble, Chandra y Spitzer, permitió identificar un gran número de cuásares oscurecidos, envueltos en el polvo, a distancias muy grandes, de hasta 11.000 millones de años luz de distancia, cuando el Universo se encontraba todavía en su infancia. "Durante muchos años, los astrónomos creían que estas fuentes eran muy raras. ¡Ahora estamos viéndolas en todas partes!" agregó Treister. Dado que la mayoría de las emisiones de estos cuásares oscurecidos está oculta, los astrónomos miran en longitudes de onda infrarrojas, para detectar signos de polvo muy caliente, y en rayos X, que son menos afectados por el oscurecimiento. Los investigadores descubrieron que el número de cuásares oscurecidos en relación con los despejados fue significativamente mayor en el universo temprano de lo que es ahora.
"Sabíamos en teoría que las fusiones de galaxias masivas ricas en gas fueron más frecuentes en el pasado; estas observaciones encajan muy bien en este escenario", agregó el profesor Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale, el segundo autor y teórico del equipo. "Sabíamos que este es definitivamente el caso de las galaxias cercanas", dijo el profesor David Sanders, de la Universidad de Hawai y participante en esta investigación", pero este resultado demuestra que esto ocurre en todo el Universo".
Más investigadores analizaron las imágenes de estas galaxias distantes tomadas por el Telescopio Espacial Hubble, utilizando la nueva Cámara de Campo Amplio 3, instalada hace 10 meses durante la última misión de servicio. Estas imágenes revelan firmas evidentes de las interacciones y las fusiones, lo que confirma la hipótesis de este grupo. Finalmente, utilizando una simple receta teórica, los autores estimaron que se necesitan unos 100 millones de años para que la radiación del agujero negro, cada vez mayor, elimine el polvo y el gas de alrededor y exponga el cuásar desnudo.
Las fusiones de las galaxias principales son importantes para desencadenar los episodios de formación de estrellas y modificar la morfología de la galaxia. "Este trabajo confirma que las fusiones son también críticas para el crecimiento del agujero negro gigante del núcleo", dijo Natarajan. Las fusiones son por lo tanto esenciales para la evolución de una galaxia, y también la causa de que el agujero negro central gane masa tanto en la fase oscura como en la despejada.
Science Express publicó el documento de presentación de estos resultados el 25 de marzo. Ezequiel Treister es postdoctorado por la Universidad de Hawai. Otros co-autores de este trabajo son Priyamvada Natarajan (Yale), David Sanders (Universidad de Hawai), Meg Urry y Kevin Schawinski (Yale) y Jeyhan Kartaltepe , ex estudiante graduado de la Universidad de Hawai (NOAO) 2E.
Figura 2: Representación artística de las etapas de un cuásar después de una fusión de grandes galaxias. Inicialmente, el agujero negro está completamente envuelto por grandes cantidades de gas y polvo. Después de unos 100 millones de años la fuerte presión proporcionada por la emisión del cuásar es suficiente para apagar la mayoría de los gases de los alrededores, lo que revela un cuásar "desnudo", que es claramente detectable en longitudes de ondas ópticas y ultravioleta. Estos cuásares muy luminosos brillan por otros 10 a 100 millones de años. La mayor parte del crecimiento del agujero negro ocurre durante la fase de cuásar. Mientras que el agujero negro, antes de esa fase tiene una masa de alrededor de 1 millón de masas solares, la masa final puede ser de hasta 10.000 veces mayor. Credito: Visión artística: Karen Teramura (IFA, Universidad de Hawai). Imagen de galaxia: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA/Hubble colaboración, y A. Evans (Universidad de Virginia, Charlottesville / NRAO / Stony Brook University). Fundado en 1967, el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawaii en Manoa dirige la investigación sobre las galaxias, cosmología, estrellas, planetas, y el sol. La facultad y el personal también están involucrados en la educación de la astronomía, las misiones de espacio profundo, y en el desarrollo y la gestión de los observatorios de Haleakala y Mauna Kea.
Fundada en 1907 y totalmente acreditada por la Asociación Occidental de Escuelas y Colegios, la Universidad de Hawaii es el único sistema público del estado de Educación Superior. El Sistema de la Universidad de Hawaii ofrece una serie de pregrado, postgrado y títulos profesionales y programas para la comunidad en 10 campus a través de centros de educación, formación e investigación en todo el estado. La UH recibe a más de 50.000 estudiantes procedentes de Hawai, la parte continental de Estados Unidos y de todo el mundo.
Artículo traducido y adaptado de:
Black Holes Gain Weight And Light Up during Galaxy Collisions
(Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai).
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