Agujeros negros: no destructores sino protectores

Impresión artística de chorros de gas bipolares provenientes de un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. Crédito: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Un estudio ha descubierto que las galaxias tienen un mecanismo regulador similar al corazón y los pulmones, que controla su crecimiento limitando la absorción de gases.

Este mecanismo, que implica una supermasiva agujero negro y sus emisiones en chorro evitan que las galaxias se expandan demasiado rápido, asegurando así su longevidad y evitando el envejecimiento prematuro hasta convertirse en galaxias “zombies”.

Las galaxias evitan la muerte prematura porque tienen «corazones y pulmones» que regulan eficazmente su «respiración» y evitan que crezcan sin control, sugiere un nuevo estudio.

Si no fuera así, el Universo habría envejecido mucho más rápido y lo único que veríamos hoy serían enormes galaxias “zombis” llenas de estrellas muertas o moribundas.

Esto es lo que un nuevo estudio publicado en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, que investiga uno de los grandes misterios del Universo: por qué las galaxias no son tan grandes como creen los astrónomos.

Algo parece estar sofocando su enorme potencial al limitar la cantidad de gas que absorben para convertirse en estrellas, lo que significa que en lugar de crecer sin cesar, algo en su interior resiste lo que se pensaba que era la inevitable atracción de la gravedad.

Este clip muestra un chorro supersónico que genera una «acción de fuelle», recibiendo impulsos de su «corazón» de agujero negro, lo que hace que se expanda y contraiga «como un pulmón lleno de aire», «exhalando aire caliente» (ondas de presión). en su entorno. Los ejes del gráfico son escalas de distancia adimensionales. Crédito: C Richards/MD Smith/Universidad de Kent

Analogía del corazón y los pulmones en las galaxias.

Ahora los astrofísicos de la Universidad de Kent creen haber descubierto el secreto. Sugieren que las galaxias podrían en realidad controlar el ritmo al que crecen a través de su «respiración».

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

Los pulsos del agujero negro, o «núcleo», pueden provocar frentes de choque que oscilan hacia adelante y hacia atrás a lo largo de ambos ejes del chorro, de manera muy similar a como el diafragma torácico del cuerpo humano se mueve hacia arriba y hacia abajo en el interior de la cavidad torácica para inflar y desinflar ambos pulmones. .

Esto puede hacer que la energía del chorro se transmita masivamente al medio circundante, tal como exhalamos aire caliente, frenando la acumulación y el crecimiento del gas de la galaxia.

Dos ejemplos diferentes de simulación de un lado de chorros bipolares simétricos, donde las ondas de presión se propagan a través del medio extragaláctico. Las variaciones de presión se muestran aquí utilizando una escala de color de temperatura roja (oscuro = baja presión, claro = alta presión). Cada chorro entra por la izquierda con una presión que cae rápidamente a medida que empuja contra el ambiente. Los ejes son escalas de distancias adimensionales. Crédito: C Richards/MD Smith/Universidad de Kent

Perspectivas de simulación y dinámica galáctica.

El estudiante de doctorado Carl Richards desarrolló la teoría después de crear nuevas simulaciones nunca antes probadas para estudiar el papel que podrían desempeñar los chorros supersónicos en la inhibición del crecimiento de las galaxias.

Esto fue para permitir que el “corazón” del agujero negro latiera y los chorros estuvieran a alta presión, un poco como una forma de hipertensión, si extendemos la comparación al cuerpo humano.

Esto hizo que los chorros «actuaran como fuelles», explicó, enviando ondas sonoras «como ondas a través de la superficie de un estanque».

Estos fenómenos son similares al equivalente terrestre del sonido y las ondas de choque que se producen al abrir una botella de champán, el chirrido de un automóvil, el escape de un cohete o al perforar una caja presurizada.

En la representación de este artista se muestran las ondas sonoras (ondas) en el gas caliente que llena el cúmulo de Perseo. Se cree que fueron generados por cavidades expulsadas por chorros de un agujero negro supermasivo (mancha blanca brillante) en el centro de la galaxia. Crédito: NASA/NASA/CXC/M.Weiss

«Nos dimos cuenta de que tendría que haber una manera para que los chorros pudieran sostener el cuerpo (el gas ambiental que rodea la galaxia) y eso es lo que descubrimos en nuestras simulaciones por computadora», dijo Richards.

“El comportamiento inesperado se reveló cuando analizamos simulaciones por computadora de alta presión y de dejar que el corazón lata.

“Esto envió una corriente de pulsos a los chorros de alta presión, haciendo que cambiaran de forma debido a la acción de fuelle de los frentes de choque oscilantes de los chorros. »

Estos chorros superpresionados en realidad se expandieron «como pulmones llenos de aire», dijeron los investigadores.

Al hacerlo, transmitieron ondas sonoras a la galaxia circundante en forma de una serie de ondas de presión, que luego se descubrió que obstaculizaban el crecimiento de la galaxia.

Conclusión y perspectivas de futuro

Hay evidencia de la existencia de ondas en ambientes extragalácticos, como las observadas en el cercano cúmulo de galaxias de Perseo, asociadas con enormes burbujas de gas caliente, que se consideran ejemplos de ondas sonoras.

Ya se pensaba que estas ondas eran responsables del mantenimiento del entorno ambiental de una galaxia, aunque faltaba un mecanismo para generarlas.

Por tanto, las simulaciones cosmológicas convencionales son incapaces de explicar los flujos de gas en las galaxias, lo que conduce a uno de los grandes misterios del Universo. Por lo tanto, depende del agujero negro altamente activo en el corazón de una galaxia para proporcionar cierta resistencia.

«Sin embargo, esto no es fácil y tenemos limitaciones en cuanto al tipo de pulsación, el tamaño del agujero negro y la calidad de los pulmones», dijo el coautor, el profesor Michael Smith.

“Respirar demasiado rápido o demasiado lento no producirá los temblores vitales necesarios para mantener el entorno galáctico y, al mismo tiempo, alimentar el núcleo. »

Los investigadores concluyeron que la vida útil de una galaxia se puede extender utilizando su «corazón y pulmones», donde el motor de agujero negro supermasivo en su núcleo ayuda a inhibir el crecimiento al limitar la cantidad de gas que colapsa en estrellas en una etapa temprana.

Esto, dicen, es lo que ayudó a crear las galaxias que vemos hoy.

Sin este mecanismo, las galaxias ya habrían agotado su combustible y se habrían extinguido, como es el caso de algunas de ellas en forma de galaxias «rojas y muertas» o «zombis».

Referencia: “Simulaciones de chorros de sobrepresión pulsados: formación de fuelles y ondas en entornos galácticos” por Carl Richards y Michael D Smith, 12 de julio de 2024, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stae1498