En el centro de las galaxias como nuestra propia Vía Láctea, yacen enormes agujeros negros rodeados de gas giratorio. Algunos brillan intensamente con un suministro continuo de combustible, mientras que otros permanecen inactivos durante millones de años, sólo para volver a despertar con una afluencia fortuita de gas. Sigue siendo en gran parte un misterio cómo fluye el gas a través del universo para alimentar estos enormes agujeros negros.

Profesor Ayudante de Física de la UConn Daniel Anglés-Alcázar, autor principal de un artículo publicado hoy en El diario astrofísico , aborda algunas de las preguntas que rodean estas características masivas y enigmáticas del universo mediante el uso de nuevos, Simulaciones de alta potencia.

"Los agujeros negros supermasivos juegan un papel clave en la evolución de las galaxias y estamos tratando de entender cómo crecen en los centros de las galaxias, ", dice Anglés-Alcázar." Esto es muy importante no solo porque los agujeros negros son objetos muy interesantes por sí mismos, como fuentes de ondas gravitacionales y todo tipo de cosas interesantes, pero también porque necesitamos entender qué están haciendo los agujeros negros centrales si queremos entender cómo evolucionan las galaxias ".

Anglés-Alcázar, quien también es Investigador Científico Asociado en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron, dice que un desafío para responder a estas preguntas ha sido crear modelos lo suficientemente poderosos como para tener en cuenta las numerosas fuerzas y factores que intervienen en el proceso. Los trabajos anteriores han mirado a escalas muy grandes o la más pequeña de las escalas, "pero ha sido un desafío estudiar la gama completa de escalas conectadas simultáneamente".

Formación de galaxias, Anglés-Alcázar dice, comienza con un halo de materia oscura que domina la masa y el potencial gravitacional en el área y comienza a extraer gas de su entorno. Las estrellas se forman a partir del gas denso, pero una parte debe llegar al centro de la galaxia para alimentar el agujero negro. ¿Cómo llega todo ese gas allí? Para algunos agujeros negros esto implica grandes cantidades de gas, el equivalente a diez veces la masa del sol o más ingerida en solo un año, dice Anglés-Alcázar.

"Cuando los agujeros negros supermasivos crecen muy rápido, nos referimos a ellos como quásares, ", dice." Pueden tener una masa hasta mil millones de veces la masa del sol y pueden eclipsar todo lo demás en la galaxia. El aspecto de los cuásares depende de la cantidad de gas que agreguen por unidad de tiempo. ¿Cómo nos las arreglamos para llevar tanto gas al centro de la galaxia y lo suficientemente cerca como para que el agujero negro pueda agarrarlo y crecer desde allí? "

Las nuevas simulaciones proporcionan información clave sobre la naturaleza de los cuásares, mostrando que las fuertes fuerzas gravitacionales de las estrellas pueden torcer y desestabilizar el gas a través de escalas, e impulsar la entrada de gas suficiente para alimentar un quásar luminoso en la época de máxima actividad de las galaxias.

Al visualizar esta serie de eventos, es fácil ver las complejidades de modelarlos, y Anglés-Alcázar dice que es necesario tener en cuenta la miríada de componentes que influyen en la evolución de los agujeros negros.

"Nuestras simulaciones incorporan muchos de los procesos físicos clave, por ejemplo, la hidrodinámica del gas y cómo evoluciona bajo la influencia de las fuerzas de presión, gravedad, y retroalimentación de estrellas masivas. Eventos poderosos como las supernovas inyectan mucha energía en el medio circundante y esto influye en cómo evoluciona la galaxia. por lo que debemos incorporar todos estos detalles y procesos físicos para capturar una imagen precisa ".

Sobre la base del trabajo anterior del proyecto FIRE ("Feedback In Realistic Environments"), Anglés-Alcázar explica la nueva técnica descrita en el documento que aumenta en gran medida la resolución del modelo y permite seguir el paso del gas a través de la galaxia con una resolución mil veces mejor de lo que era posible anteriormente.

"Otros modelos pueden darte muchos detalles sobre lo que está sucediendo muy cerca del agujero negro, pero no contienen información sobre lo que está haciendo el resto de la galaxia, o incluso menos, qué está haciendo el medio ambiente alrededor de la galaxia. Resulta, es muy importante conectar todos estos procesos al mismo tiempo, aquí es donde entra este nuevo estudio ".

La potencia informática es igualmente masiva, Anglés-Alcázar dice, con cientos de unidades de procesamiento central (CPU) funcionando en paralelo que fácilmente podrían haber tomado la duración de millones de horas de CPU.

"Esta es la primera vez que hemos podido crear una simulación que puede capturar la gama completa de escalas en un solo modelo y donde podemos observar cómo fluye el gas desde escalas muy grandes hasta el centro mismo de la galaxia masiva en la que nos estamos enfocando ".

Para estudios futuros de grandes poblaciones estadísticas de galaxias y agujeros negros masivos, Necesitamos comprender la imagen completa y los mecanismos físicos dominantes para tantas condiciones diferentes como sea posible, dice Anglés-Alcázar.

"Eso es algo que definitivamente nos entusiasma. Este es solo el comienzo de explorar todos estos procesos diferentes que explican cómo los agujeros negros pueden formarse y crecer bajo diferentes regímenes".