Esta imagen compuesta muestra potentes chorros de radio del agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia en el Cúmulo Fénix inflando enormes "burbujas" en el calor, gas ionizado que rodea la galaxia. Las cavidades dentro de la región azul fueron fotografiadas por el observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Abrazando el exterior de estas burbujas ALMA descubrió un tesoro inesperado de gas frío, el combustible para la formación de estrellas (rojo). La imagen de fondo es del telescopio espacial Hubble. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) H.Russell, et al .; NASA / ESA Hubble; NASA / CXC / MIT / M.McDonald et al .; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)
El cúmulo de Phoenix es una enorme acumulación de aproximadamente 1, 000 galaxias, ubicado a 5.7 mil millones de años luz de la Tierra. En su centro se encuentra una galaxia masiva, que parece estar escupiendo estrellas a una velocidad de aproximadamente 1, 000 por año. La mayoría de las demás galaxias del universo son mucho menos productivas, chirriando solo unas pocas estrellas cada año, y los científicos se han preguntado qué ha impulsado la producción estelar extrema del cúmulo de Phoenix.
Ahora los científicos del MIT, la Universidad de Cambridge, y en otros lugares puede tener una respuesta. En un artículo publicado hoy en Diario astrofísico , el equipo informa haber observado chorros de calor, Gas de 10 millones de grados saliendo del agujero negro de la galaxia central y soplando grandes burbujas hacia el plasma circundante.
Estos chorros normalmente actúan para sofocar la formación de estrellas expulsando gas frío, el principal combustible que consume una galaxia para generar estrellas. Sin embargo, los investigadores encontraron que los chorros calientes y las burbujas que emanan del centro del cúmulo de Phoenix también pueden tener el efecto opuesto de producir gas frío, que a su vez vuelve a llover sobre la galaxia, alimentando más estallidos estelares. Esto sugiere que el agujero negro ha encontrado una forma de reciclar parte de su gas caliente en frío, combustible estrella.
"Hemos pensado que el papel de los chorros y las burbujas de los agujeros negros era regular la formación de estrellas y evitar que se enfriara". "dice Michael McDonald, profesor asistente de física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Pensamos que eran ponis de un solo truco, pero ahora vemos que realmente pueden ayudar a enfriar, y no es una imagen tan cortada y seca ".
Los nuevos hallazgos ayudan a explicar el excepcional poder de producción de estrellas del cúmulo Phoenix. También pueden proporcionar una nueva perspectiva sobre cómo los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas crecen y evolucionan mutuamente.
Los coautores de McDonald's incluyen a la autora principal Helen Russell, astrónomo de la Universidad de Cambridge; y otros de la Universidad de Waterloo, el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, la Universidad de Illinois, y en otros lugares.
Una imagen de ALMA de gas molecular frío en el corazón del Cúmulo Fénix. Los filamentos que se extienden desde el centro abrazan enormes burbujas de radio creadas por chorros de un agujero negro supermasivo. Este descubrimiento arroja luz sobre la compleja relación entre un agujero negro supermasivo y su galaxia anfitriona. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), H. Russell y col .; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)
Chorros calientes, filamentos fríos
El equipo analizó las observaciones del cúmulo de Phoenix recopiladas por Atacama Large Millimeter Array (ALMA), una colección de 66 grandes radiotelescopios repartidos por el desierto del norte de Chile. En 2015, el grupo obtuvo permiso para dirigir los telescopios en el cúmulo de Phoenix para medir sus emisiones de radio y para detectar y mapear señales de gas frío.
Los investigadores buscaron en los datos señales de monóxido de carbono, un gas que está presente dondequiera que haya gas hidrógeno frío. Luego convirtieron las emisiones de monóxido de carbono en gas hidrógeno, para generar un mapa de gas frío cerca del centro del cúmulo de Phoenix. La imagen resultante fue una sorpresa desconcertante.
"Es de esperar ver un nudo de gas frío en el centro, donde ocurre la formación de estrellas, "Dice McDonald." Pero vimos estos filamentos gigantes de gas frío que se extienden 20, 000 años luz del agujero negro central, más allá de la propia galaxia central. Es algo hermoso de ver ".
Esta es una impresión artística de la galaxia en el centro del Cúmulo Fénix. Los potentes chorros de radio del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia están creando burbujas de radio gigantes (azules) en el gas ionizado que rodea la galaxia. ALMA ha detectado gas molecular frío (rojo) abrazando el exterior de las burbujas. Este material podría eventualmente caer en la galaxia, donde podría alimentar el futuro nacimiento de estrellas y alimentar el agujero negro supermasivo. Crédito:B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)
El equipo había utilizado previamente el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA para mapear el gas caliente del cúmulo. Estas observaciones produjeron una imagen en la que potentes chorros salieron del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz. Más lejos, los investigadores vieron que los chorros inflaban burbujas gigantes en el gas caliente.
Cuando el equipo superpuso su imagen del gas frío del cúmulo Phoenix en el mapa de gas caliente, encontraron una "correspondencia espacial perfecta":los largos filamentos de frígido, El gas de 10 kelvin parecía cubrirse con las burbujas de gas caliente.
"Esta puede ser la mejor imagen que tenemos de los agujeros negros que influyen en el gas frío, "Dice McDonald.
Alimentando el agujero negro
Lo que los investigadores creen que está sucediendo es que, como chorro inflar burbujas de calor, Gas de 10 millones de grados cerca del agujero negro, arrastran tras ellos una estela de algo más fresco, Gas de 1 millón de grados. Las burbujas eventualmente se desprenden de los chorros y flotan más hacia el cúmulo de galaxias, donde el rastro de gas de cada burbuja se enfría, formando largos filamentos de gas extremadamente frío que se condensan y vuelven a llover sobre el agujero negro como combustible para la formación de estrellas.
"Es una idea muy nueva que las burbujas y los chorros realmente pueden influir en la distribución del gas frío de cualquier forma, "Dice McDonald.
Los científicos han estimado que hay suficiente gas frío cerca del centro del cúmulo de Phoenix para seguir produciendo estrellas a un ritmo elevado durante otros 30 a 40 millones de años. Ahora que los investigadores han identificado un nuevo mecanismo de retroalimentación que puede suministrar al agujero negro aún más gas frío, la producción estelar del cúmulo puede continuar durante mucho más tiempo.
"Mientras haya gas frío alimentándolo, el agujero negro seguirá expulsando estos chorros, "Dice McDonald." Pero ahora hemos descubierto que estos chorros están produciendo más comida, o gas frío. Entonces estás en este ciclo que En teoria, podría durar mucho tiempo ".
Sospecha que la razón por la que el agujero negro es capaz de generar combustible por sí mismo podría tener algo que ver con su tamaño. Si el agujero negro es relativamente pequeño, puede producir chorros que son demasiado débiles para expulsar completamente el gas frío del cúmulo.
"En este momento [el agujero negro] puede ser bastante pequeño, y sería como poner a un civil en el ring con Mike Tyson, "McDonald dice." Simplemente no está a la altura de la tarea de soplar este gas frío lo suficientemente lejos como para que nunca regrese ".
El equipo espera determinar la masa del agujero negro, así como identificar otros, creadores de estrellas igualmente extremos en el universo.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
