Los agujeros negros ‘apagan’ la formación estelar en las galaxias del universo lejano

Obtenidas con la cámara SPIRE del Observatorio Espacial Herschel de la ESA, en el marco del proyecto HerMES.

Éste trabajo ayudaría a resolver uno de los enigmas de la década: por qué las masas de los agujeros negros supermasivos están relacionadas con  las masas de los grupos centrales de estrellas en la galaxia

Un equipo internacional de astrofísicos agrupados en el proyecto HerMES, en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha descubierto que el número de estrellas que se forman durante la vida temprana de las galaxias puede ser controlado por los agujeros negros masivos de sus núcleos. 

El hallazgo, que publica hoy la revista Nature, ayudará a contestar la pregunta de por qué la masa de los bulbos galácticos, las concentraciones centrales de estrellas en las galaxias, parece estar  relacionada con la masa de sus agujeros negros.

Uno de los hallazgos de los últimos años ha sido que las galaxias con agujeros negros masivos presentan ritmos altos de formación estelar, con casos en los que se forman estrellas a un ritmo incluso mil veces mayor al de la Vía Láctea en la actualidad. Sin embargo, los resultados obtenidos por Herschel en el último estudio del proyecto HerMES, liderado por el investigador Mat Page, del Mullard Space Science Laboratory de la University College London, muestran que los agujeros negros que crecen con mayor rapidez están en galaxias con muy poca formación estelar. Esto es, una vez que la radiación procedente de las cercanías del agujero negro excede cierta potencia, se  ‘apaga’ la formación estelar en esta galaxia.

Para llegar a estas conclusiones se han realizado observaciones en el infrarrojo lejano con el instrumento SPIRE del Observatorio Espacial Herschel, perteneciente a la Agencia Espacial Europea (ESA), con el objetivo de calcular el ritmo de formación estelar en galaxias distantes en una pequeña zona del cielo denominada Chandra Deep Field North, en la constelación de la Osa Mayor. Estas observaciones han sido complementadas por las disponibles de esa misma zona del cielo en rayos X, obtenidas ya hace algunos años por otro grupo de investigadores con el satélite Chandra de la NASA, con las que se puede deducir el ritmo de crecimiento de los agujeros negros. 

Chandra Deep Field North

Todas las galaxias grandes tienen un agujero negro masivo en su centro, con una masa de varios millones de veces la de una estrella similar al Sol. Un enigma que ha permanecido sin resolver durante más de una década es la razón por la que las masas de los agujeros negros están relacionadas con las masas de los bulbos galácticos. Durante mucho tiempo se ha sospechado que esto se debía a los acontecimientos en la vida temprana de las galaxias, cuando las estrellas en el bulbo se estaban formando. Para estudiar esta fase, la comunidad astronómica necesita observar galaxias que se encuentran muy distantes, a miles de millones de años luz.

Las galaxias que emiten intensamente en rayos X (las que se detectan con satélites como Chandra son galaxias ‘activas’ por la presencia de un agujero negro supermasivo en su núcleo. Por otra parte, las galaxias que emiten en el infrarrojo lejano son aquellas en las que se están formando estrellas a un ritmo muy alto. 

En este trabajo se ha concluido que las galaxias activas de mayor luminosidad en rayos X no se detectan en el infrarrojo lejano en las observaciones realizadas por Herschel-SPIRE. Según detalla el astrofísico del IAC, profesor de la Universidad de La Laguna y coautor del estudio Ismael Pérez Fournon, 

“La presencia de un núcleo activo de luminosidad muy alta en rayos X, asociado a un agujero negro supermasivo, produce chorros de materia y fuertes vientos galácticos que impiden la formación de estrellas en la galaxia que lo alberga. Esto da lugar a  una transformación muy rápida de la galaxia; se para de repente su crecimiento, se apaga la formación de nuevas estrellas”.

La luz que rodea al agujero negro eclipsa  las estrellas

Aunque los agujeros negros no se pueden ver, el material que se encuentra más cercano a ellos puede llegar a estar a altísimas temperaturas, por lo que emite grandes cantidades de luz en un rango muy amplio de longitudes de onda, desde ondas de radio a rayos X. La luminosidad de este material central caliente puede ser billones de veces más brillante que el Sol. Las emisiones más brillantes indicarán la existencia de un agujero negro más masivo.

Massive Black Hole Implicated in Stellar Destruction. Credit: NASA

La intensa luz emitida alrededor del agujero negro impide ver  la mayor parte de la luz emitida en el resto de la galaxia, excepto la que tiene una longitud de onda por debajo de un milímetro. Esta luz en el infrarrojo lejano y ondas submilimétricas no se puede detectar con los telescopios normales porque es absorbida total o parcialmente por la atmósfera terrestre, pero puede ser captada por Herschel, el mayor telescopio espacial en funcionamiento, a millón y medio de kilómetros de la Tierra. 

Page, responsable del trabajo, explica: “Las galaxias estuvieron formando estrellas como locas cuando el universo era joven, pero intentar ver la luz de la formación de estrellas contra el resplandor del material caliente entorno al agujero negro ha sido casi imposible hasta ahora. 

Todo eso ha cambiado con la cámara SPIRE de Herschel, que permite observar en unas longitudes de onda poco estudiadas antes y que tiene una sensibilidad excepcional”.

[F]  iac.es