Utilizando el telescopio espacial James Webb, un equipo internacional de astrónomos ha encontrado nuevas galaxias en el protocúmulo de la Telaraña.(Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA & CSA, H. Dannerbauer)
El telescopio espacial James Webb de la NASA encontró pruebas de que los agujeros negros supermasivos suprimen la formación de estrellas en las galaxias en maduración.
El equipo utilizó la Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam) del Telescopio Espacial James Webb (JWST), analizó 19 galaxias que forman parte del protocúmulo de la Telaraña, uno de los grupos de galaxias mejor estudiados del universo, que se encuentra a unos 11.000 millones de años luz de la Tierra.
Han descubierto que las galaxias que parecen tener agujeros negros supermasivos en su corazón producen estrellas a un ritmo mucho más lento que las que no los tienen. Estos hallazgos podrían ayudar a colmar una antigua laguna en nuestra comprensión de la evolución de las galaxias.
«Conseguimos obtener mapas de alta resolución de las líneas de recombinación del hidrógeno, que indican la actividad de la formación estelar», declaró a universeexpedition.com Rhythm Shimakawa, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Waseda (Japón) y autor principal del estudio. «Descubrimos que las galaxias masivas con agujeros negros supermasivos activos no muestran signos de formación estelar en comparación con las que no tienen agujeros negros supermasivos activos».
Las estrellas se forman cuando nubes masivas de gas hidrógeno frío colapsan bajo el peso de su gravedad. Al aumentar la densidad de la materia en el interior de la nube en colapso, su temperatura se dispara. Esto desencadena la fusión nuclear que da vida a las estrellas.
Este proceso provoca la ionización de los átomos de hidrógeno, un mecanismo que emite un tipo específico de radiación visible en los espectros de luz obtenidos por instrumentos sofisticados como el NIRCam del JWST.
Los investigadores compararon ocho galaxias con agujeros negros supermasivos activos y 11 galaxias con agujeros negros más pequeños. (Crédito de la imagen: Shimakawa et al.)
Los científicos llevan mucho tiempo observando que cuanto más viejas se hacen las galaxias, menos estrellas parecen producir. Al principio, los expertos pensaban que la formación estelar se ralentizaba simplemente porque las galaxias agotaban su gas hidrógeno frío. Sin embargo, las observaciones han revelado que algunas galaxias de tan sólo 1.000 millones de años (nuestra Vía Láctea tiene 13.600 millones de años) ya muestran signos de agotamiento de la formación estelar. Es un periodo demasiado corto para que esas galaxias se queden sin gas hidrógeno sólo por la formación de estrellas.
Por ello, algunos astrónomos han sugerido que, a medida que las galaxias crecen al fusionarse con otras galaxias, los agujeros negros de sus centros crecen también, alcanzando millones de masas solares. (Una masa solar equivale a una masa de nuestro sol). A medida que los agujeros negros crecen, aumenta su capacidad de succionar gas de las galaxias. Cuanto más masivo es el agujero negro, más rápido hace girar la materia más allá de su horizonte de sucesos, alcanzando velocidades de decenas de miles de kilómetros. Algunos de estos agujeros negros escupen parte del gas acumulado al espacio intergaláctico en forma de chorros relativistas, despojando aún más a la galaxia del medio estelar. Las observaciones del protocúmulo de la Telaraña realizadas por el JWST, que debido a su enorme distancia se nos presenta tal y como era menos de 3.000 millones de años después del Big Bang, apoyan esta teoría.
«El protocúmulo de la Telaraña es el primer cúmulo de galaxias antiguo que se ha encontrado y ha sido estudiado por varios grupos de investigación durante más de dos décadas», afirmó Shimakawa. «Hay muchas galaxias masivas [en el supercúmulo Telaraña] que albergan agujeros negros supermasivos, lo que lo convierte en un laboratorio ideal para investigar en detalle la relación entre los agujeros negros y la formación estelar.»
La formación estelar suele ser casi inexistente en las grandes galaxias elípticas, que representan la etapa final de la evolución de las galaxias. A diferencia de las galaxias espirales como la Vía Láctea, con sus marcadas estructuras de sinuosos brazos espirales, las galaxias elípticas son más bien informes. Los científicos creen que estas enormes acumulaciones de estrellas surgieron de choques entre galaxias más jóvenes. La fuerza de estas colisiones galácticas habría borrado las estructuras ordenadas de las galaxias predecesoras, convirtiendo las galaxias elípticas en regiones caóticas donde las estrellas orbitan en direcciones aleatorias. Estas colisiones también habrían fusionado los agujeros negros centrales de las galaxias progenitoras, produciendo un agujero negro más masivo con cada colisión posterior. Como resultado, los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias elípticas son los más masivos que se conocen.
Cuando la materia gira en espiral hacia un agujero negro supermasivo de este tipo, emite potentes rayos X que pueden ser observados por otros observatorios en órbita, como el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA. Al comparar las observaciones de Chandra con las mediciones del JWST sobre la ionización del hidrógeno, los investigadores descubrieron que las galaxias con los agujeros negros más voraces muestran las tasas de formación estelar más bajas.
Los científicos han observado anteriormente indicios de que los agujeros negros supermasivos pueden expulsar el gas de las galaxias, pero las observaciones del protocúmulo de la Telaraña son especialmente valiosas, ya que revelan un patrón en un grupo mayor de galaxias que tienen todas aproximadamente la misma edad. Ocho de las galaxias observadas tienen agujeros negros supermasivos activos en sus centros, mientras que 11 tienen corazones más tranquilos.
Shimakawa, sin embargo, afirma que no se sabe lo suficiente sobre la interacción entre los agujeros negros supermasivos y las galaxias que los rodean, y que otros mecanismos podrían estar contribuyendo a la ralentización de la formación estelar.
El estudio se publicó el 18 de diciembre en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
