El origen violento de los cuásares

El origen violento de los cuásares

Imagen compuesta de rayos X y óptica de dos galaxias con cuásares fusionados (este par está mucho más cerca de la Tierra que los incluidos en el nuevo estudio).  Tomada por el Observatorio de rayos X Chandra.  La porción de rayos X de la imagen, en azul, muestra los dos cuásares, eclipsando a sus galaxias anfitrionas.  La parte óptica, en amarillo, muestra el gas y el polvo que escapan de las dos galaxias tras ser despojadas gravitacionalmente.

Imagen compuesta de rayos X y óptica de dos galaxias con cuásares fusionados (este par está mucho más cerca de la Tierra que los incluidos en el nuevo estudio). Tomada por el Observatorio de rayos X Chandra. La porción de rayos X de la imagen, en azul, muestra los dos cuásares, eclipsando a sus galaxias anfitrionas. La parte óptica, en amarillo, muestra el gas y el polvo que escapan de las dos galaxias tras ser despojadas gravitacionalmente.

Hace poco más de 12 mil millones de años, más de siete mil millones de años antes de la formación de la Tierra y el Sol, una época marcó el pico de formación de estrellas en el Universo, así como el crecimiento de los agujeros negros. Fue durante este período que los agujeros negros que se encuentran en el corazón de cada galaxia se expandieron a proporciones supermasivas. Los más brillantes y activos de ellos se llaman cuásares, por «fuente de radio cuasi-estelar». Estos solos pueden ser hasta 100 veces más brillantes que la luz combinada de los 200 a 400 mil millones de estrellas en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Para brillar tanto, deben alimentarse de una cantidad increíble de material, produciendo luz a medida que el material que cae se calienta debido a la fricción. No se sabe bien de dónde provino este material, pero un nuevo estudio que utiliza el telescopio espacial Hubble puede tener una respuesta.

Un modelo sostenía que los cuásares se forman cuando chocan dos galaxias. Mezclar material de las dos galaxias podría causar que gran parte caiga hacia el núcleo de la nueva galaxia, proporcionando combustible para el quásar. Este material normalmente se mantiene en su lugar por el momento angular, pero su camino orbital puede verse interrumpido cuando las dos galaxias se cruzan, lo que hace que caiga hacia el núcleo de la galaxia recién fusionada.

(Para aclarar, ambas galaxias probablemente tenían agujeros negros supermasivos antes de la colisión, pero es la colisión lo que les da un aumento repentino de combustible, lo que hace que produzcan suficiente luz para ser clasificados como cuásares. Ambos agujeros negros supermasivos también pueden fusionarse como resultado de fusión de galaxias, cuyas consecuencias se analizan en la barra lateral).

Estudio de galaxias vistas fusionándose por Hubble.  Esta imagen incluye la luz brillante del cuásar, pero también hay imágenes disponibles con el cuásar sustraído. Agrandar / Estudio de galaxias vistas fusionándose por Hubble. Esta imagen incluye la luz brillante del cuásar, pero también hay imágenes disponibles con el cuásar sustraído.

Para averiguar si ese era el caso, los investigadores necesitaban una forma de ver más allá de la luz brillante de los cuásares a las galaxias relativamente tenues en las que residen. Es difícil ver incluso objetos brillantes al lado de un quásar: imagínese tratando de distinguir las luces de Navidad justo al lado de un foco que apunta directamente a su cara. Peor aún, los cuásares elegidos para el estudio se encuentran entre los más brillantes que se conocen en el Universo.

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Sin embargo, en las longitudes de onda de la luz del infrarrojo cercano, la disparidad no es tan grande y las galaxias anfitrionas se vuelven más visibles. Y Hubble tiene un instrumento sensible al infrarrojo cercano. Además, los cuásares elegidos para el estudio se seleccionaron porque su luz se ve algo atenuada por el polvo, lo que ayuda a reducir la disparidad en el brillo y hace que la galaxia anfitriona sea más visible.

Un total de 11 cuásares estuvieron involucrados en el estudio, todos a unos 12 mil millones de años luz de distancia, lo que significa que los vemos tal como eran en su momento de máximo crecimiento. En ese momento, el Universo era más pequeño y más denso, por lo que las galaxias chocaban más a menudo. Esto podría impulsar la actividad del cuásar, según el modelo. Y resulta ser el caso: las imágenes muestran que las galaxias anfitrionas del quásar parecían estar fusionándose.

«Las imágenes del Hubble confirman que los cuásares más brillantes del Universo son el resultado de violentas fusiones de galaxias, que alimentan el crecimiento de agujeros negros y transforman las galaxias anfitrionas», dijo C. Megan Urry, profesora de astronomía y astrofísica Israel Munson en la Universidad de Yale y co. -autor del estudio.

“Las observaciones del Hubble nos dicen que el pico de actividad de los cuásares en el Universo primitivo es causado por galaxias que chocan y luego se fusionan”, agregó Eilat Glikman de Middlebury College en Vermont, autora principal del estudio. . «Vemos cuásares en su adolescencia, cuando están creciendo rápido y todo desordenado».

Los cuásares, en otras palabras, no están exactamente al comienzo de su formación. «Las nuevas imágenes capturan la fase de transición de polvo del escenario del agujero negro impulsado por la fusión», dice Glikman. «Las imágenes del Hubble son hermosas y descriptivas».

Y los cuásares parecen estar vinculados al Universo a gran escala por algún mecanismo desconocido, por lo que comprender cómo surgieron los cuásares puede desempeñar un papel en la comprensión del Universo en su conjunto. También sucede que hacen excelentes fotos; puede consultar el resto de las nuevas imágenes del Hubble utilizadas en el estudio aquí.

El diario astrofísico2015. DOI: 10.1088/0004-637X/806/2/218 (sobre DOI)

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