Las galaxias jóvenes resplandecen con nuevas estrellas brillantes que se forman a un ritmo rápido, pero la formación de estrellas finalmente se apaga a medida que evoluciona una galaxia. Un nuevo estudio publicado el 1 de enero de 2018, en Naturaleza , muestra que la masa del agujero negro en el centro de la galaxia determina qué tan pronto ocurre esta "extinción" de la formación estelar.

Cada galaxia masiva tiene un agujero negro supermasivo central, más de un millón de veces más masivo que el sol, revelando su presencia a través de sus efectos gravitacionales en las estrellas de la galaxia y, a veces, alimentando la radiación energética de un núcleo galáctico activo (AGN). Se cree que la energía que se vierte en una galaxia desde un núcleo galáctico activo detiene la formación de estrellas al calentar y disipar el gas que de otro modo se condensaría en estrellas a medida que se enfriara.

Esta idea ha existido durante décadas, y los astrofísicos han descubierto que las simulaciones de la evolución de las galaxias deben incorporar la retroalimentación del agujero negro para reproducir las propiedades observadas de las galaxias. Pero ha faltado evidencia de observación de una conexión entre los agujeros negros supermasivos y la formación de estrellas, hasta ahora.

"Hemos estado marcando los comentarios para que las simulaciones funcionen, sin saber realmente como pasa, "dijo Jean Brodie, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y coautor del artículo. "Esta es la primera evidencia de observación directa en la que podemos ver el efecto del agujero negro en la historia de formación de estrellas de la galaxia".

Los nuevos resultados revelan una interacción continua entre la actividad de los agujeros negros y la formación de estrellas a lo largo de la vida de una galaxia. afectando a cada generación de estrellas formadas a medida que evoluciona la galaxia.

A cargo del primer autor Ignacio Martín-Navarro, investigador postdoctoral en UC Santa Cruz, el estudio se centró en galaxias masivas para las que se había medido la masa del agujero negro central en estudios anteriores mediante el análisis de los movimientos de las estrellas cerca del centro de la galaxia. Para determinar las historias de formación estelar de las galaxias, Martín-Navarro analizó espectros detallados de su luz obtenidos por el Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

La espectroscopia permite a los astrónomos separar y medir las diferentes longitudes de onda de la luz de un objeto. Martín-Navarro utilizó técnicas computacionales para analizar el espectro de cada galaxia y recuperar su historial de formación estelar encontrando la mejor combinación de poblaciones estelares para ajustarse a los datos espectroscópicos. "Te dice cuánta luz proviene de poblaciones estelares de diferentes edades, " él dijo.

Cuando comparó las historias de formación estelar de galaxias con agujeros negros de diferentes masas, encontró diferencias notables. Estas diferencias solo se correlacionaron con la masa del agujero negro y no con la morfología galáctica, Talla, u otras propiedades.

"Para galaxias con la misma masa de estrellas pero diferente masa de agujero negro en el centro, las galaxias con agujeros negros más grandes se apagaron antes y más rápido que aquellas con agujeros negros más pequeños. Entonces, la formación de estrellas duró más en aquellas galaxias con agujeros negros centrales más pequeños, "Dijo Martín-Navarro.

Otros investigadores han buscado correlaciones entre la formación de estrellas y la luminosidad de los núcleos galácticos activos, sin éxito. Martín-Navarro dijo que puede deberse a que las escalas de tiempo son muy diferentes, con la formación de estrellas ocurriendo durante cientos de millones de años, mientras que los estallidos de núcleos galácticos activos ocurren durante períodos de tiempo más cortos.

Un agujero negro supermasivo solo es luminoso cuando está devorando activamente materia de las regiones internas de su galaxia anfitriona. Los núcleos galácticos activos son muy variables y sus propiedades dependen del tamaño del agujero negro, la tasa de acumulación de material nuevo que cae sobre el agujero negro, y otros factores.

"Usamos la masa del agujero negro como un proxy de la energía puesta en la galaxia por el AGN, debido a que la acreción en agujeros negros más masivos conduce a una retroalimentación más enérgica de los núcleos galácticos activos, que apagaría la formación de estrellas más rápido, Martín-Navarro explicó.

La naturaleza precisa de la retroalimentación del agujero negro que apaga la formación de estrellas sigue siendo incierta, según el coautor Aaron Romanowsky, astrónomo de la Universidad Estatal de San José y los Observatorios de la UC.

"Hay diferentes formas en que un agujero negro puede enviar energía a la galaxia, y los teóricos tienen todo tipo de ideas sobre cómo ocurre la extinción, pero hay más trabajo por hacer para adaptar estas nuevas observaciones a los modelos, "Dijo Romanowsky.