Nueva evidencia del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA desafía las ideas predominantes sobre cómo crecen los agujeros negros en los centros de las galaxias. Los astrónomos han pensado durante mucho tiempo que un agujero negro supermasivo y el bulto de estrellas en el centro de su galaxia anfitriona crecen a la misma velocidad: cuanto mayor es el bulto, mayor es el agujero negro. Sin embargo, un nuevo estudio de datos de Chandra ha revelado dos galaxias cercanas con agujeros negros supermasivos que están creciendo más rápido que las galaxias mismas.
La masa de un agujero negro gigante en el centro de una galaxia generalmente es una fracción minúscula, aproximadamente el 0.2 por ciento, de la masa contenida en el bulto o región de estrellas densamente compactadas que lo rodean. Los objetivos del último estudio de Chandra, las galaxias NGC 4342 y NGC 4291, tienen agujeros negros de 10 a 35 veces más masivos de lo que deberían compararse con sus protuberancias. Las nuevas observaciones con Chandra muestran que los halos, o envolturas masivas de materia oscura en las que residen estas galaxias, también tienen sobrepeso.
Este estudio sugiere que los dos agujeros negros supermasivos y su evolución están vinculados a sus halos de materia oscura y no crecieron en tándem con las protuberancias galácticas. Desde este punto de vista, los agujeros negros y los halos de materia oscura no tienen sobrepeso, pero la masa total en las galaxias es demasiado baja.
"Esto nos da más evidencia de un vínculo entre dos de los fenómenos más misteriosos y más oscuros en astrofísica - agujeros negros y materia oscura - en estas galaxias", dijo Akos Bogdan del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) en Cambridge, Massachusetts ., quien dirigió el nuevo estudio.
NGC 4342 y NGC 4291 están cerca de la Tierra en términos cósmicos, a distancias de 75 millones y 85 millones de años luz. Los astrónomos sabían por observaciones anteriores que estas galaxias albergan agujeros negros con masas relativamente grandes, pero no están seguros de cuál es la causa de la disparidad. Sin embargo, según las nuevas observaciones de Chandra, pueden descartar un fenómeno conocido como despojo de mareas.
El despojo de las mareas ocurre cuando algunas de las estrellas de una galaxia son despojadas por la gravedad durante un encuentro cercano con otra galaxia. Si tal despojo de marea hubiera tenido lugar, la mayoría de los halos habrían desaparecido. Debido a que la materia oscura se extiende más lejos de las galaxias, está más unida a ellas que las estrellas y es más probable que sea retirada.
Para descartar la extracción de las mareas, los astrónomos utilizaron Chandra para buscar evidencia de gas caliente que emite rayos X alrededor de las dos galaxias. Debido a que la presión del gas caliente, estimada a partir de imágenes de rayos X, equilibra la atracción gravitacional de toda la materia en la galaxia, los nuevos datos de Chandra pueden proporcionar información sobre los halos de materia oscura. Se descubrió que el gas caliente se distribuía ampliamente alrededor de NGC 4342 y NGC 4291, lo que implica que cada galaxia tiene un halo de materia oscura inusualmente masivo y que es poco probable que se eliminen las mareas.
"Esta es la evidencia más clara que tenemos, en el universo cercano, de agujeros negros que crecen más rápido que su galaxia anfitriona", dijo el coautor Bill Forman, también de CfA. "No es que las galaxias se hayan visto comprometidas por encuentros cercanos, sino que tuvieron algún tipo de desarrollo detenido".
¿Cómo puede la masa de un agujero negro crecer más rápido que la masa estelar de su galaxia anfitriona? Los autores del estudio sugieren que una gran concentración de gas que gira lentamente en el centro galáctico es lo que el agujero negro consume muy temprano en su historia. Crece rápidamente y, a medida que crece, la cantidad de gas que puede acumular o tragar aumenta junto con la producción de energía de la acumulación. Después de que el agujero negro alcanza una masa crítica, las explosiones impulsadas por el consumo continuo de gas evitan el enfriamiento y limitan la producción de nuevas estrellas.
"Es posible que el agujero negro supermasivo alcanzara un tamaño considerable antes de que hubiera muchas estrellas en la galaxia", dijo Bogdan. "Ese es un cambio significativo en nuestra forma de pensar acerca de cómo las galaxias y los agujeros negros evolucionan juntos".
Los resultados se presentaron el 11 de junio en la 220ª reunión de la American Astronomical Society en Anchorage, Alaska. El estudio también ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal.
