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viernes, 4 de febrero de 2011

¿Cómo se alimentan los agujeros negros gigantes?


Un nuevo estudio ha obtenido una visión sin precedentes de los hábitos alimenticios de los agujeros negros gigantes, que son los responsables de los objetos más brillantes del universo: los núcleos galácticos activos (AGNs). Modelos anteriores habían sugerido que las fusiones entre galaxias eran la clave para dirigir la materia a estos agujeros negros. Pero este estudio sistemáticos de 1400 galaxias - la mayor muestra jamás examinada para este propósito - presenta sólidas evidencias de que, al menos durante los últimos 8000 millones de años, los agujeros negros han adquirido su alimento de forma más pacífica. El nuevo estudio se publica en la revista Astrophysical Journal el 10 de enero.

CIENCIAKANIJA
TLas emisiones de los núcleos galácticos activos están dirigidas 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 esta materia atraviesa los últimos cientos de años luz para alcanzar la vecindad inmediata del agujero negro y ser absorbida.

ras un estudio realizado por David Sanders y sus colaboradores a finales de la década de 1980, la mayor parte de astrónomos pensaban que tenían la respuesta: Las fusiones entre galaxias de tamaño similar ("grandes fusiones") perturbarían drásticamente el gas de las galaxias, y harían que parte del mismo cayese al agujero negro central.

Aunque éste es un escenario plausible, sólo un estudio sistemático puede demostrar si éste es el caso o no a cómo los agujeros negros gigantes logran su alimento. Esto es lo que Mauricio Cisternas y Knud Jahnke del Instituto para Astronomía Max Planck (MPIA) se propusieron hacer en 2008. Según explica Cisternas: "Un estudio de esta amplitud ha sido posible sólo hace poco, con los grandes estudios que se están llevando a cabo con el Telescopio Espacial Hubble. Antes, simplemente no había forma de examinar con suficiente detalle muchas de las galaxias activas a las grandes distancias cósmicas".

Cisternas y sus colaboradores obtuvieron datos para los 140 AGNs, identificados por tales observaciones en rayos-X por el Telescopio Espacial XMM-Newton como parte del estudio COSMOS en múltiples longitudes de onda. La luz procedente de los más distantes de estos AGN ha estado viajando durante casi 8000 millones de años hasta llegar a nosotros (desplazamiento al rojo de z=1): Vemos esos AGN como eran hace 8000 millones de años, y la muestra estudia la mayor parte del crecimiento de los agujeros negros durante la segunda mitad de la historia cósmica.

Lo que hace especial a este estudio es la forma sistemática en que los astrónomos seleccionaron un "grupo de control" de galaxias comunes sin un agujero negro activo - en otras palabras, que no tendían un agujero negro tragando copiosas cantidades de materia. Para cada uno de los AGNs del estudio, se seleccionaron nueve galaxias no activas a aproximadamente el mismo desplazamiento al rojo, y por tanto en aproximadamente la misma etapa de evolución cósmica, a partir de la misma imagen de Hubble, para un total global de 1400 galaxias. Este procedimiento de selección permitió una comparación directa entre AGNs y una población de galaxias comunes inactivas.

El signo revelador de que una galaxia ha sufrido una gran fusión a lo largo de los últimos cientos de millones de años es la distorsión de su forma. Para galaxias tan lejanas, con imágenes de la resolución dada, una identificación automática computerizada del grado de distorsión no puede, actualmente, competir con la inspección visual de las imágenes por parte de los astrónomos. El coautor Knud Jahnke (MPIA) dice: "Nos enfrentábamos con el problema del sesgo. Sabíamos que las fusiones eran un posible director de la actividad del AGN, por lo que ¿seríamos más propensos a clasificar AGNs como distorsionados debido a que era lo que esperábamos encontrar?"

Para eliminar este posible sesgo, los investigadores configuraron un estudio ciego - un procedimiento de operación estándar en campos como la medicina o la psicología, pero inusual en astronomía. Cisternas eliminó los signos reveladores de actividad galáctica por lo que no habría forma de distinguir directamente las imágenes de las galaxias activas e inactivas.

Las imágenes se dieron entonces a diez expertos en galaxias con sede en ocho instituciones diferentes, a los que se pidió que juzgaran cada galaxia como "distorsionada" o "no distorsionada". Aunque sus juicios individuales mostraron una variación significativa, hubo unanimidad en la cuestión clave: Ninguna de las clasificaciones mostraba una diferencia significativa entre AGN y galaxias inactivas. No había una correlación significativa entre la actividad de una galaxia y su distorsión, entre que su agujero negro estuviese siendo bien alimentado y su implicación en una gran fusión.

Aunque las fusiones son un fenómeno común, y se cree que desempeñan un papel importante en al menos algunos AGN, el estudio demuestra que no proporcionan un mecanismo ni universal ni predominante para alimentar los agujeros negros. Según las estadísticas del estudio, al menos el 75%, y posiblemente la totalidad de actividad AGN de los últimos 8000 millones de años debe tener una explicación diferente. Las posibles formas de transportar material hacia un agujero negro central incluyen inestabilidades de estructuras como una barra en una galaxia espiral, las colisiones con nubes moleculares gigantes dentro de la galaxia, o el sobrevuelo de otra galaxia que no llevó a una fusión ("acoso galáctico").

¿Podría aún haber una conexión causal entre las fusiones y la actividad en el pasado más lejano? Esta es la siguiente pregunta que el grupo quiere abordar. Se espera que lleguen datos adecuados de dos programas observaciones en curso ("Multi-Cycle Treasury Programs") con el Telescopio Espacial Hubble, así como de observaciones de su sucesor, el Telescopio Espacial James Webb, que está previsto para su lanzamiento después de 2014.

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