viernes, 7 de enero de 2011

Los Agujeros Negros son alimentados con suavidad

Las fusiones galácticas son el mecanismo de alimentación más importante para esos monstruos masivos.

Un nuevo estudio ha obtenido nuevos conocimientos inesperados sobre los hábitos alimenticios de los agujeros negros gigantes, que son responsables de las emisiones de algunos de los objetos más brillantes del universo: los núcleos galácticos activos. Los modelos anteriores habían asumido a menudo que las fusiones entre galaxias son fundamentales en la conducción de la materia en estos agujeros negros. Pero este estudio sistemático de 1.400 galaxias -la muestra más grande jamás examinada con ese fin- presenta una fuerte evidencia de que, al menos durante los últimos 8.000 millones de años, los agujeros negro han adquirido sus alimentos con mayor tranquilidad. (Astrophysical Journal, 10 de enero de 2011)

Si las mayores fusiones son un factor importante en el transporte de la materia hacia los agujeros negros centrales de las galaxias, lo cual hace que el agujero negro brille intensamente como un núcleo galáctico activo (AGN), entonces las distorsiones -los rastros reveladores de las fusiones- deben ser más frecuentes en las galaxias activas (a la izquierda) que en las inactivas (derecha). Imagen: NASA / ESA / M. Cisternas (MPIA).

Las emisiones de los núcleos galácticos activos (AGN) son conducidas por la materia que cae en el agujero negro central supermasivo de la galaxia. Pero es una cuestión abierta en la física de las galaxias activas cómo la materia atraviesa el final de cientos de años luz para llegar a las inmediaciones del agujero negro y ser tragada.

Tras un estudio realizado por David Sanders y colaboradores de la década de 1980, la mayoría de los astrónomos pensaron que tenían la respuesta: Las fusiones entre galaxias de tamaño similar ("grandes fusiones") alteran dramáticamente el gas de las galaxias, y hacen que un poco del mismo caiga hacia el agujero negro central.

Si bien este es un escenario plausible, sólo un estudio sistemático puede mostrar si es o no es así cómo un agujero negro gigante adquiere sus alimentos. Esto es lo que Mauricio Cisternas y Knud Jahnke, del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) se propusieron hacer en 2008. Cisternas explica: "Un estudio de esta envergadura ha sido posible sólo recientemente, con las grandes encuestas realizadas con el Telescopio Espacial Hubble. Antes, simplemente no había manera de examinar las galaxias activas en una cantidad suficiente, en grandes distancias cósmicas, con el suficiente detalle."

Cisternas y sus colaboradores obtuvieron datos de 140 núcleos galácticos activos (AGN), identificados como tales por las observaciones de rayos X del telescopio espacial XMM-Newton como parte de la encuesta multi-longitud de onda COSMOS. La luz del más distante de estos AGN ha estado viajando por casi 8.000 millones de años para llegar: Vemos los AGN como eran hace 8.000 millones años, y las sondas muestran más del crecimiento del agujero negro en la segunda mitad de la historia cósmica.

Lo que hace este estudio especial es la forma sistemática en que los astrónomos seleccionaron un "grupo de control" de galaxias normales sin un agujero negro activo, en otras palabras, que no tienen un agujero negro para tragar grandes cantidades de materia. Para cada uno de los AGN en el estudio, nueve galaxias no activas tienen más o menos el mismo desplazamiento al rojo, y fueron seleccionadas más o menos en la misma etapa de la evolución cósmica de las mismas imágenes del Hubble, de un total de 1.400 galaxias. Este procedimiento de selección permitió una comparación directa entre el AGN y una población adecuada de las galaxias normales, inactivas.

El signo revelador de que una galaxia ha sufrido una gran fusión en los últimos pocos cientos de millones de años son las distorsiones de su forma. Para estas galaxias distantes, en las imágenes de la resolución propuesta, una identificación informatizada y automática del grado de distorsión actualmente no puede competir con la inspección visual de las imágenes por los astrónomos. El co-autor Knud Jahnke (MPIA) dice: "Nos enfrentamos con el problema del prejuicio ¿Sabíamos que las fusiones son un controlador plausible de la actividad de los AGN, por lo que estaríamos con más probabilidades de clasificar los AGN como distorsionados debido a lo que esperábamos encontrar?"

Con el fin de eliminar el posible prejuicio, los investigadores establecieron un estudio ciego, procedimiento operativo estándar en campos como la medicina o la psicología, pero inusual en la astronomía. Cisternas quitó señales reveladoras de actividad galáctica de las imágenes de modo que no habría manera de distinguir directamente entre las imágenes de las galaxias activas e inactivas.

Se les dio las imágenes a diez expertos en galaxias con sede en ocho instituciones diferentes, para que juzgaran cada galaxia como "distorsionada" o "no distorsionada". Aunque sus juicios individuales mostraron una variación significativa, hubo unanimidad sobre la cuestión crucial: Ninguna de las clasificaciones mostró una diferencia significativa entre las galaxias con AGN y las galaxias inactivas. No hubo correlación significativa entre la actividad de una galaxia y su distorsión, entre el agujero negro que está siendo alimentado y su participación en una gran fusión.

Mientras que las fusiones son un fenómeno común, y se cree que juegan un papel al menos para algunos AGN, el estudio muestra que no proporcionan un mecanismo ni universal ni dominante para la alimentación de los agujeros negros. Por las estadísticas del estudio, al menos el 75%, y posiblemente toda la actividads de los AGN en los últimos 8000 millones años debe tener una explicación diferente. Las posibles formas de transporte de materia hacia un agujero negro central son las inestabilidades de las estructuras como la barra de una galaxia espiral, la colisión de las nubes moleculares gigantes dentro de la galaxia, o el sobrevuelo de otra galaxia que no conduce a una fusión ("acoso galáctico" ).

¿Podría todavía haber una conexión causal entre fusiones y actividad en el pasado más distante? Esa es la pregunta siguiente que el grupo se prepara para hacer frente. Los datos adecuados están limitados para venir de dos programas de observación en curso ("Multi-Cycle Treasury Programs") del Telescopio Espacial Hubble, así como de las observaciones de su sucesor, el Telescopio Espacial James Webb, el cual está programado para su lanzamiento después de 2014.

Obra original:

Cisternas et al.
La masa del agujero negro en crecimiento desde z ~ 1 se produce en un universo duradero: no hay conexión importante entre las grandes fusiones y los AGN (The bulk of black hole growth since z~1 occurs in a secular universe: no major merger-AGN connection)
Astrophysical Journal, volumen 726, 10 de enero 2011



Fuente:
Black Holes are softly fed

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