Agujeros Negros: No Destructoras sino Protectores

Una impresión del artista muestra chorros de gas bi-polares que se originan en un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. Crédito: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Un estudio ha revelado que las galaxias poseen un mecanismo regulador similar a un corazón y pulmones, el cual controla su crecimiento al limitar la absorción de gas.

Este mecanismo, que involucra un agujero negro supermasivo y sus emisiones de chorros, evita que las galaxias se expandan demasiado rápido, asegurando su longevidad y evitando el envejecimiento prematuro en "galaxias zombies".

Las galaxias evitan una muerte prematura porque tienen un "corazón y pulmones" que regulan efectivamente su "respiración" y evitan que crezcan sin control, sugiere un nuevo estudio.

Según un nuevo estudio publicado en la Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se investiga uno de los grandes misterios del Universo: por qué las galaxias no son tan grandes como los astrónomos esperarían.

Algo parece estar limitando su enorme potencial al restringir la cantidad de gas que absorben para convertirlo en estrellas, lo que significa que en lugar de crecer infinitamente, algo dentro de ellas se opone a lo que se creía que era la inevitable atracción de la gravedad.

Este clip muestra un chorro supersónico generando una "acción parecida a un fuelle," recibiendo pulsaciones de su "corazón" de agujero negro, lo que provoca que se expanda y contraiga "como un pulmón lleno de aire”, "exhalando aire caliente" (ondas de presión) en su entorno. Los ejes del gráfico no son escalas de distancia no dimensionales. Crédito: C Richards/MD Smith/University of Kent

Ahora, los astrofísicos de la Universidad de Kent piensan que pueden haber descubierto el secreto. Sugieren que las galaxias podrían controlar la velocidad a la que crecen a través de cómo “respiran”.

En su analogía, los investigadores compararon el agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia con su corazón y los dos chorros de gas y radiación bi-polares sónicos que emiten con las vías respiratorias que alimentan a un par de pulmones.

Las pulsaciones del agujero negro — o "corazón" — pueden llevar a que los frentes de choque del chorro oscilen de un lado a otro a lo largo de ambos ejes del chorro, de manera similar a cómo el diafragma torácico en el cuerpo humano se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro de la cavidad torácica para inflar y desinflar ambos pulmones.

Esto puede resultar en que la energía del chorro se transmita ampliamente al medio circundante, al igual que exhalamos aire caliente, lo que resulta en ralentizar la acreción de gas y el crecimiento galáctico.

Dos ejemplos diferentes de la simulación de un lado de chorros bi-polares simétricos, donde las ondas de presión se propagan en el medio extragaláctico. Aquí se muestran variaciones de presión usando una escala de colores de temperatura roja (oscuro=baja presión, claro=alta presión). Cada chorro entra desde la izquierda con una presión que disminuye rápidamente al empujar contra el medio ambiente. Los ejes no son escalas de distancia no dimensionales. Crédito: C Richards/MD Smith/University of Kent

El estudiante de doctorado Carl Richards ideó la teoría después de crear nuevas simulaciones, nunca antes probadas, para investigar el papel que los chorros supersónicos podrían jugar en la inhibición del crecimiento galáctico.

Estas involucraron permitir que el "corazón" del agujero negro pulsara y que los chorros estuvieran a alta presión -muy similar a una forma de hipertensión, si extendemos la comparación al cuerpo humano.

Esto hizo que los chorros "actuaran como fuelles", dijo, enviando ondas de sonido "como ondulaciones en la superficie de un estanque".

Los fenómenos son similares a la equivalente terrestre de ondas de sonido y de choque producidas al abrir una botella de champán, al chirrido de un automóvil, a los gases de escape de un cohete y al puntaje de recintos presurizados.

Las ondas de sonido (ondulaciones) en el gas caliente que llena el cúmulo de Perseo se muestran en esta impresión de artista. Se cree que fueron generadas por cavidades expulsadas por chorros de un agujero negro supermasivo (punto blanco brillante) en el centro de la galaxia. Crédito: NASA/NASA/CXC/M.Weiss

"Nos dimos cuenta de que tendría que haber algún medio para que los chorros sostuvieran el cuerpo — el gas ambiente que rodea la galaxia— y eso es lo que descubrimos en nuestras simulaciones por computadora", dijo Richards.

“El comportamiento inesperado fue revelado cuando analizamos las simulaciones por computadora de alta presión y permitimos que el corazón pulsara.

Esto envió un flujo de pulsaciones a los chorros de alta presión, haciendo que cambiaran de forma como resultado de la acción parecida a un fuelle de los frentes de choque de los chorros oscilantes.”

Estos chorros sobre presionados se expandieron efectivamente "como pulmones llenos de aire," dijeron los investigadores.

Al hacerlo, transmitieron ondas de sonido al galaxia circundante en forma de una serie de ondas de presión, que luego se mostraron que suprimían el crecimiento de la galaxia.