Los astrónomos han utilizado el Observatorio Espacial Herschel de la ESA para resolver un misterio de décadas sobre el origen de los poderosos vientos de gas frío en los cálidos alrededores de los quásares. La evidencia que vincula estos poderosos vientos con la formación de estrellas en las galaxias anfitrionas del cuásar también puede ayudar a resolver el misterio de por qué el tamaño de las galaxias en el Universo parece estar limitado.

Desde su descubrimiento en la década de 1960, los cuásares han proporcionado un tesoro de preguntas para que los astrónomos las respondan. Estas fuentes energéticas, hasta 10 000 veces más brillantes que la Vía Láctea, son los núcleos de galaxias distantes con agujeros negros supermasivos en su corazón. A medida que el gas se introduce en un disco de acreción hacia el agujero negro, se calienta a temperaturas muy altas e irradia energía a través del espectro electromagnético desde la radio a los rayos X; de esta manera, nace la luminosidad característica del cuásar.

Durante cinco décadas, Los astrónomos han estudiado los espectros de los quásares para descubrir el origen de la radiación electromagnética que emiten y trazar el camino que ha recorrido la luz para llegar a nosotros.

Una herramienta valiosa para comprender este viaje son las líneas de absorción en los espectros de radiación de los cuásares. Estas líneas indican los rangos de longitud de onda que se han absorbido a medida que la radiación viajaba de la fuente al observador. dando pistas sobre el material por el que pasó. Tiempo extraordinario, el estudio de estas líneas ha rastreado la composición de las galaxias y las nubes de gas que se encuentran entre nosotros y estos distantes objetos luminosos, pero un conjunto de líneas de absorción ha quedado sin explicación.

Los astrónomos han observado líneas de absorción en muchos cuásares que indican absorción en ruta por gas frío con elementos de metales pesados ​​como el carbono, magnesio y silicio. Las líneas indican que la luz ha viajado a través de vientos de gas frío que viajan a velocidades de miles de kilómetros por segundo dentro de las galaxias anfitrionas de los quásares. Si bien el conocimiento de que existen estos vientos no es nada nuevo, su origen, y por qué pueden alcanzar velocidades tan impresionantes, ha permanecido como un desconocido.

Ahora, el astrónomo Peter Barthel y su estudiante de doctorado Pece Podigachoski, ambos del Instituto Kapteyn de la Universidad de Groningen, junto con sus colegas Belinda Wilkes del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (EE. UU.) y Martin Haas en Ruhr-Universität Bochum (Alemania) han arrojado luz sobre los orígenes de los vientos fríos. Utilizando datos obtenidos con el Observatorio Espacial Herschel de la ESA, los astrónomos han demostrado:por primera vez, que la fuerza de las líneas de absorción de metales asociadas con estos misteriosos vientos gaseosos está directamente relacionada con la velocidad de formación de estrellas dentro de las galaxias anfitrionas del cuásar. Al encontrar esta tendencia, los astrónomos pueden decir con cierta confianza que la prodigiosa formación de estrellas dentro de la galaxia anfitriona puede ser el mecanismo que impulsa estos misteriosos y poderosos vientos.

"Identificar esta tendencia de la prolífica formación de estrellas a estar estrechamente relacionada con los poderosos vientos de cuásar es un hallazgo emocionante para nosotros, ", explica Pece Podigachoski." Una explicación natural de esto es que los vientos son impulsados ​​por ráfagas estelares y producidos por supernovas, que se sabe que ocurren con gran frecuencia durante los períodos de formación estelar extrema ".

Esta nueva conexión no solo resuelve un enigma sobre los cuásares, sino que también puede contribuir a desentrañar un misterio aún mayor:¿por qué el tamaño de las galaxias observadas en nuestro Universo parece estar limitado en la práctica? aunque no en teoría.

"Aparte de la cuestión de qué procesos son responsables de los vientos de gas, su efecto neto es un tema muy importante en la astrofísica actual, "explica Peter Barthel." Aunque las teorías predicen que las galaxias pueden crecer mucho, no se han observado galaxias ultramasivas. Parece que hay un proceso que actúa como un freno en la formación de tales galaxias:los vientos de gas internos, por ejemplo, podrían ser responsables de esta llamada retroalimentación negativa ".

La teoría predice que las galaxias deberían poder crecer a masas cien veces más grandes que las jamás observadas. El hecho de que haya un déficit de gigantes en el Universo implica que hay un proceso que agota las reservas de gas de las galaxias antes de que puedan alcanzar su máximo potencial. Hay dos mecanismos que probablemente conduzcan a este agotamiento de gas:el primero son los vientos de supernova asociados con los estallidos de estrellas, el segundo, los vientos asociados con el agujero negro supermasivo en el corazón de cada cuásar. Aunque es probable que ambos mecanismos desempeñen un papel, la evidencia de correlación entre los vientos de gas frío y la tasa de formación de estrellas encontrada por este equipo sugiere que en el caso de los cuásares, formación de estrellas, que requiere un suministro constante de gas frío, puede ser el culpable clave de agotar el gas de la galaxia y suprimir su capacidad para hacer crecer la próxima generación de estrellas.

"Este es un resultado importante para la ciencia de los cuásares, y uno que se basó en las capacidades únicas de Herschel, "explica Göran Pilbratt, Científico del Proyecto Herschel en la ESA. "Herschel observa la luz en el infrarrojo lejano y submilimétrico, lo que permite el conocimiento detallado de la tasa de formación de estrellas en las galaxias observadas que se necesitaba para hacer este descubrimiento".