Astrónomos han confirmado el primer ejemplo de un cúmulo de galaxias donde nacen grandes cantidades de estrellas en su núcleo, afectado por el debilitamiento de un agujero negro supermasivo.
Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes del cosmos que se mantienen unidas por la gravedad, que consta de cientos o miles de galaxias incrustadas en gas caliente, así como materia oscura invisible. Los agujeros negros supermasivos más grandes conocidos se encuentran en galaxias en los centros de estos cúmulos.
Durante décadas, los astrónomos han buscado cúmulos de galaxias que contengan viveros ricos de estrellas en sus galaxias centrales. En cambio, encontraron poderosos agujeros negros gigantes que bombean energía a través de chorros de partículas de alta energía y mantienen el gas demasiado caliente para formar muchas estrellas.
Ahora, los científicos tienen evidencia convincente de un cúmulo de galaxias donde las estrellas se están formando a un ritmo vertiginoso, aparentemente vinculado a un agujero negro debilitado en su centro. En este grupo único, los chorros del agujero negro central parecen estar ayudando en la formación de estrellas. Los investigadores utilizaron nuevos datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble, y el Very Large Array (VLA) Karl Jansky de la NSF para construir sobre observaciones previas de este grupo.
"Este es un fenómeno que los astrónomos habían estado tratando de encontrar durante mucho tiempo", dijo Michael McDonald, astrónomo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), quien dirigió el estudio. "Este cúmulo demuestra que, en algunos casos, la salida energética de un agujero negro en realidad puede mejorar el enfriamiento, lo que tiene consecuencias dramáticas".
El agujero negro está en el centro de un cúmulo de galaxias llamado Cúmulo Fénix, ubicado a unos 5.800 millones de años luz de la Tierra en la Constelación Fénix. La gran galaxia que alberga el agujero negro está rodeada de gas caliente con temperaturas de millones de grados. La masa de este gas, equivalente a billones de soles, es varias veces mayor que la masa combinada de todas las galaxias en el cúmulo.
Este gas caliente pierde energía al brillar en los rayos X, lo que debería hacer que se enfríe hasta que pueda formar un gran número de estrellas. Sin embargo, en todos los otros cúmulos de galaxias observados, las explosiones de energía impulsadas por un agujero negro de este tipo evitan que la mayor parte del gas caliente se enfríe, evitando el nacimiento generalizado de estrellas.
"Imagina encender un aire acondicionado en tu casa en un día caluroso, pero luego encender un fuego de leña. Su sala de estar no puede enfriarse adecuadamente hasta que apague el fuego", dijo el coautor Brian McNamara de la Universidad de Waterloo en Canadá. "Del mismo modo, cuando la capacidad de calentamiento de un agujero negro se apaga en un cúmulo de galaxias, el gas puede enfriarse".
La evidencia de la rápida formación de estrellas en el Cúmulo de Fénix fue reportada previamente en 2012 por un equipo dirigido por McDonald. Pero se requirieron observaciones más profundas para conocer detalles sobre el papel del agujero negro central en el renacimiento de las estrellas en la galaxia central, y cómo eso podría cambiar en el futuro.
Al combinar largas observaciones en rayos X, ópticos y radioeléctricos, los investigadores obtuvieron una mejora de diez veces en la calidad de los datos en comparación con las observaciones anteriores. Los nuevos datos de Chandra revelan que el gas caliente se está enfriando casi al ritmo esperado en ausencia de energía inyectada por un agujero negro.
Los nuevos datos del Hubble muestran que alrededor de 10.000 millones de masas solares de gas frío se encuentran a lo largo de los filamentos que conducen hacia el agujero negro, y las estrellas jóvenes se están formando a partir de este gas frío a una velocidad de aproximadamente 500 masas solares por año. En comparación, las estrellas se están formando en la galaxia de la Vía Láctea a un ritmo de aproximadamente una masa solar por año.
Los datos de la radio VLA revelan chorros saliendo de las proximidades del agujero negro central. Es probable que estos chorros inflen burbujas en el gas caliente que se detectan en los datos de Chandra. Tanto los chorros como las burbujas son evidencia del rápido crecimiento pasado del agujero negro. Al principio de este crecimiento, el agujero negro puede haber sido de menor tamaño, en comparación con la masa de su galaxia anfitriona, lo que permitiría un enfriamiento rápido sin control.
El enfriamiento puede continuar cuando el gas es arrastrado desde el centro del grupo por los estallidos del agujero negro. A una mayor distancia de la influencia de calentamiento del agujero negro, el gas se enfría más rápido de lo que puede caer hacia el centro del grupo. Este escenario explica la observación de que el gas frío se encuentra alrededor de los bordes de las cavidades, según una comparación de los datos de Chandra y Hubble.
"Estos resultados muestran que el agujero negro ha estado ayudando temporalmente en la formación de estrellas, pero cuando se fortalezca, sus efectos comenzarán a imitar los de los agujeros negros en otros cúmulos, sofocando más el nacimiento de estrellas", dijo el coautor Mark Voit de la Universidad Estatal de East Lansing, Michigan.
La falta de objetos similares muestra que los cúmulos y sus enormes agujeros negros pasan a través de la fase de formación rápida de estrellas relativamente rápido.
Un documento que describe estos resultados ha sido publicado en 'The Astrophysical Journal'.
