Los vientos de los agujeros negros supermasivos pueden dar forma a la formación de estrellas en toda la galaxia

Las observaciones combinadas de dos generaciones de telescopios espaciales de rayos X ahora han revelado una imagen más completa de la naturaleza de los vientos de alta velocidad expulsados ​​de los agujeros negros supermasivos. Los científicos que analizaron las observaciones descubrieron que los vientos vinculados a estos agujeros negros pueden viajar en todas las direcciones y no solo en un haz estrecho como se pensaba anteriormente. Los agujeros negros residen en el centro de galaxias y cuásares activos y están rodeados por discos de acreción de materia. Tales vientos amplios y expansivos tienen el potencial de efectuar la formación de estrellas en toda la galaxia anfitriona o cuásar. El descubrimiento dará lugar a revisiones en las teorías y modelos que expliquen con mayor precisión la evolución de los cuásares y las galaxias.

Este gráfico de datos del Conjunto de Telescopios Espectroscópicos Nucleares (NuSTAR) de la NASA y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) determina por primera vez la forma de los vientos ultrarrápidos de los agujeros negros supermasivos o cuásares.  Los vientos soplan en todas direcciones, de forma casi esférica, provenientes de ambos lados de una galaxia (Crédito: NASA/JPL-Caltech/Keele Univ.;XMM-Newton and NuSTAR Missions)
Este gráfico de datos del Conjunto de Telescopios Espectroscópicos Nucleares (NuSTAR) de la NASA y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) determina por primera vez la forma de los vientos ultrarrápidos de los agujeros negros supermasivos o cuásares. Los vientos soplan en todas direcciones, de forma casi esférica, provenientes de ambos lados de una galaxia (Crédito: NASA/JPL-Caltech/Keele Univ.;XMM-Newton and NuSTAR Missions, [Ref])

Las observaciones fueron realizadas por los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton y NuSTAR del cuásar PDS 456. Las observaciones se combinaron en el gráfico anterior. PDS 456 es un cuásar brillante que reside en la constelación Serpens Cauda (cerca de Ofiuco). El gráfico de datos muestra tanto un pico como un valle en el perfil de emisión de rayos X, que de otro modo sería nominal, como lo muestran los datos de NuSTAR (rosa). El pico representa las emisiones de rayos X dirigidas hacia nosotros (es decir, nuestros telescopios), mientras que el valle es la absorción de rayos X que indica que la expulsión de los vientos del agujero negro supermasivo se produce en muchas direcciones: en realidad, una capa esférica. La característica de absorción causada por el hierro en el viento de alta velocidad es el nuevo descubrimiento.

Los rayos X son la firma de los eventos más energéticos del Cosmos, pero también se producen a partir de algunos de los cuerpos más dóciles: los cometas. El borde de ataque de un cometa como el P67 de Rosetta genera emisiones de rayos X a partir de la interacción de iones solares energéticos que capturan electrones de partículas neutras en la coma (nube de gas) del cometa. Las observaciones de un agujero negro supermasivo en un cuásar a miles de millones de años luz implican la generación de rayos X a una escala mucho mayor, por vientos que evidentemente tienen influencia a escala galáctica.

Un diagrama del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA.  Colocado en órbita por un vehículo de lanzamiento Ariane 5 en 1999. (Crédito de la ilustración: ESA/XMM-Newton)
Un diagrama del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Colocado en órbita por un vehículo de lanzamiento Ariane 5 en 1999. (Crédito de la ilustración: ESA/XMM-Newton)

El estudio de las regiones de formación estelar y la evolución de las galaxias se ha centrado en los efectos de las ondas de choque de los eventos de supernova que ocurren a lo largo de la vida de una galaxia. Tales ondas de choque provocan el colapso de las nubes de gas y la formación de nuevas estrellas. Este nuevo descubrimiento realizado por los esfuerzos combinados de dos equipos de telescopios espaciales proporciona a los astrofísicos una nueva perspectiva sobre cómo tiene lugar la formación de estrellas y galaxias. Los agujeros negros supermasivos, al menos al principio de la formación de una galaxia, pueden influir en la formación de estrellas en todas partes.

El telescopio espacial NuStar lanzado a la órbita terrestre por un cohete Pegasus de Orbital Science Corp., 2012. Las imágenes de diseño del telescopio Wolter en un rango espectral de 5 a 80 KeV.  (Crédito: NASA/Caltech-JPL)
El telescopio espacial NuStar lanzado a la órbita terrestre por un cohete Pegasus de Orbital Science Corp., 2012. El diseño del telescopio Wolter (óptica en primer plano, truss de 10 metros y detectores en la parte posterior) captura imágenes en un rango espectral de 5 a 80 KeV. (Crédito: NASA/Caltech-JPL)

Tanto el XMM-Newton construido por la ESA como el telescopio espacial de rayos X NuSTAR, una misión de la NASA de clase SMEX, utilizan óptica de incidencia rasante, no vidrio (refracción) o espejos (reflexión) como en los telescopios de luz visible convencionales. El ángulo de incidencia de los rayos X debe ser muy poco profundo y, en consecuencia, la óptica se extiende sobre una estructura de 10 metros (33 pies) en el caso de NuSTAR y sobre un marco rígido en el XMM-Newton.

Diagrama de uno de los tres telescopios de rayos X del diseño XMM-Newton.  Solo se muestran algunos de los espejos concéntricos de ángulo rasante.  Recuadro: una ilustración simplificada de cómo funciona un telescopio Wolter.  (Créditos: Wikimedia, ESA)
Diagrama de uno de los tres telescopios de rayos X del diseño XMM-Newton. Solo se muestran algunos de los espejos concéntricos de ángulo rasante. Recuadro: una ilustración simplificada de cómo funciona un telescopio Wolter. (Créditos: Wikimedia, ESA) [click to enlarge]
Los rangos espectrales de los telescopios XMM-Newton y NuSTAR.  (Créditos: NASA, ESA)
Los rangos espectrales de los telescopios XMM-Newton y NuSTAR. (Créditos: NASA, ESA)

El XMM-Newton construido por la ESA se lanzó en 1999, un diseño de generación anterior que utilizaba un marco y una estructura rígidos. Se necesitaba todo el volumen del carenado y la capacidad de elevación del vehículo de lanzamiento Ariane 5 para poner el Newton en órbita. El último telescopio de rayos X, NuSTAR, se beneficia de diez años de avances tecnológicos. Los detectores son más eficientes y rápidos y el marco rígido se reemplazó con una estructura compacta que requirió 30 minutos para desplegarse. En consecuencia, NuSTAR se lanzó en un cohete Pegasus montado en un L-1011, un sistema de lanzamiento significativamente más pequeño y menos costoso.

Así que ahora estas observaciones se entregan efectivamente a los teóricos y modeladores. Los datos son como un nuevo ingrediente en la masa a partir de la cual se forman una galaxia y estrellas. Los modelos de formación de galaxias y estrellas mejorarán y describirán con mayor precisión cómo los cuásares, con sus agujeros negros supermasivos activos, se transforman en galaxias más inactivas, como nuestra propia Vía Láctea.

Referencia:

ESPECTRO XMM-NEWTON Y NUSTAR DEL QUASAR PDS 456

IMPRESIÓN DEL ARTISTA DEL VIENTO DEL AGUJERO NEGRO EN UNA GALAXIA

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