Tormenta anula formación de estrellas alrededor de agujero negro supermasivo

17 diciembre, 2014

Los intensos chorros producidos por los agujeros negros supermasivos pueden disipar el material galáctico a partir del cual se forman los planetas y producir lo que se conoce como galaxias rojas muertas: galaxias repletas de antiguas estrellas rojas pero que carecen del hidrógeno necesario para formar estrellas nuevas.

Ahora, un equipo de astrónomos descubrió, gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que los procesos de formación estelar pueden ser interrumpidos por agujeros negros mucho menos poderosos. Al observar el polvo y el gas presentes en el centro de NGC 1266, una galaxia lenticular dotada de un modesto agujero negro central, los astrónomos detectaron una verdadera tormenta cuya turbulencia está impidiendo la formación de estrellas en un área que, de lo contrario, habría sido una perfecta fábrica de estrellas.

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Fig 1. Representación artística de la zona central de NGC 1266. Los chorros del agujero negro central generan turbulencia en el gas molecular circundante, fenómeno que coarta el proceso de formación estelar en un ambiente que, de lo contrario, sería ideal para que se formaran nuevas estrellas. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

La turbulencia observada es causada por chorros provenientes del agujero negro que azotan una capa de gas extremadamente densa. Esta densa área, probablemente resultado de una fusión reciente con otra galaxia más pequeña, impide que cerca del 98% del material expulsado por los chorros salga del centro galáctico.

“Cual fuerza imparable que choca con un objeto inamovible, las moléculas de estos chorros se topan con tamaña resistencia al entrar en contacto con la densa nube de gas que las rodea que pierden casi por completo su impulso”, explica Katherine Alatalo, astrónoma del Instituto de Tecnología de California (Pasadena, Estados Unidos) y autora principal de un artículo publicado en el Astrophysical Journal. Este choque de energías genera una fuerte turbulencia en el gas circundante e interrumpe la primera etapa crucial del proceso de formación estelar. “Se trata del fenómeno de interrupción de formación estelar más intenso que se haya observado”, afirma Alatalo.

Observaciones previas de NGC 1266 revelaron un gran flujo de gas desde el centro galáctico desplazándose a una velocidad de hasta 400 kilómetros por segundo. Alatalo y su equipo estiman que la potencia de este flujo hacia el exterior equivale a la explosión simultánea de 10.000 supernovas. Si bien los chorros son lo suficientemente potentes para agitar el gas, no logran darle la velocidad necesaria para escapar del sistema.

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Fig 2. Ilustración de la región central de NGC 1266, cerca de su agujero negro, con los movimientos de los chorros y del gas indicados por flechas amarillas y blancas, respectivamente. Estos desplazamientos de gas a gran escala provocan pequeñas turbulencias que impiden que se formen nuevas estrellas. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“También puede decirse que los chorros producen turbulencia en el gas y eso le impide estabilizarse, colapsar y formar estrellas”, señala Mark Lacy, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos y coautor del estudio.

El área observada por ALMA tiene una cantidad de gas equivalente a unos 400 millones de veces la masa de nuestro Sol, 100 veces más que en las nubes moleculares gigantes donde se forman estrellas en nuestra propia Vía Láctea. Normalmente, una nube de gas tan concentrada debería producir estrellas 50 veces más rápido de lo que se observó en esta galaxia.

Hasta ahora, los astrónomos creían que solo los quásares y radiogalaxias extremadamente potentes contienen agujeros negros con la fuerza suficiente para interrumpir los procesos de formación estelar.

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Fig 3. Imagen de NGC 1266 producida con datos combinados del telescopio espacial Hubble y de ALMA. Los datos de ALMA (en naranja) se aprecian en la zona central. Créditos: NASA/ESA Hubble; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

“Antes se daba por sentado que los chorros tenían que ser lo suficientemente intensos para expulsar todo el gas de la galaxia y poder detener el proceso de formación estelar”, afirma Lacy.

Para hacer este hallazgo los astrónomos primero ubicaron la luz infrarroja lejana emitida por la galaxia. Como este tipo de luz suele relacionarse con estos procesos de formación estelar, los astrónomos lo usan para detectar regiones donde se forman nuevas estrellas. En el caso de NGC 1266, sin embargo, la luz provenía de una región extremadamente confinada de la galaxia. “Es una área casi demasiado pequeña como para que la luz infrarroja provenga de procesos de formación estelar”, señala Alatalo.

Gracias a la extraordinaria sensibilidad y capacidad de resolución de ALMA, sumada a las observaciones realizadas con el Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA), los astrónomos estudiaron el área en detalle y pudieron ubicar la densa nube de gas molecular en el centro galáctico. Encontraron que esta fuente compacta de luz infrarroja lejana se encuentra rodeada de gas.

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Fig 4. Imagen de NGC 1266 producida con datos combinados de Hubble y de ALMA. En la ampliación se aprecia el gas molecular siendo impulsado por los chorros del agujero negro (rojo y azul), mientras que los datos de ALMA (amarillo) muestran la densa nube de gas molecular. Créditos: NASA/ESA Hubble; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

Bajo condiciones normales, gas de esta densidad formaría estrellas a un elevado ritmo. El polvo incrustado dentro del gas se calentaría por las jóvenes estrellas y se vería como una fuente extendida y brillante de luz infrarroja. El pequeño tamaño y la debilidad de la fuente infrarroja sugieren que NGC 1266 esté, por el contrario, aparentemente desafiando las reglas de formación estelar.

Los astrónomos también sospechan que hay un mecanismo de retroalimentación activo en el área, donde el agujero negro terminará por calmarse, la turbulencia menguará y volverán a nacer estrellas. Sin embargo, cuando se reanude el proceso de formación estelar, el movimiento del denso gas volverá a lanzarlo hacia el agujero negro y habrá nuevos chorros, que a su vez volverán a interrumpir el nacimiento de estrellas.

NGC 1266 está situada a cerca de 100 millones de años luz de distancia, en la constelación de Erídano. Las galaxias lenticulares son galaxias espirales como la Vía Láctea pero con escaso gas interestelar disponible para formar nuevas estrellas.

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI) en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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