Los agujeros negros supermasivos regulan la formación de estrellas en sus galaxias

Dibujo20180102 Dispersion relation between black-hole mass and stellar velocity nature24999-f1

Las simulaciones de la formación de las primeras galaxias usando superordenadores indican que los agujeros negros supermasivos en su centro regulan el ritmo de formación de estrellas. El primer artículo que se publica en Nature este año es la primera confirmación de esta predicción. El proceso de formación estelar se reduce conforme se enfría el gas en la galaxia, proceso que se adelanta o se atrasa en función de si la masa del agujero negro supermasivo central es mayor o menor de cierto estándar. Más aún, esta relación se cumple para todas las generaciones de estrellas formadas durante toda la vida de la galaxia.

Se ha analizado mediante el software STECKMAP (Stellar Content and Kinematics via Maximum A Posteriori likelihood) la formación estelar en las 74 galaxias del catálogo HETMGS (Hobby–Eberly Telescope Massive Galaxy Survey) de las que se conoce una estimación de la masa de su agujero negro supermasivo central. La masa de los agujeros negros supermasivos (M) escala linealmente con la dispersión de la velocidad estelar (σ) en las galaxias que los alojan. Se distinguen tres poblaciones de agujeros negros supermasivos, los sobremasivos (over-massive), los que siguen la ley lineal (standard) y los submasivos (under-massive). Cada uno corresponde a una tasa de formación estelar diferente. Ya a z ≈ 5 (cuando el universo visible era 6 veces más pequeño) la tasa de formación de estrellas era 1,3 veces mayor en las galaxias con agujeros negros sobremasivos que con submasivos.

El primer autor del nuevo trabajo es Ignacio Martín-Navarro, un joven español de 30 años con una beca Marie Curie en la Universidad de California en Santa Cruz. Hay que destacar que este resultado lleva siendo buscado desde hace mucho tiempo por muchos investigadores, pero hasta ahora nadie había tenido éxito. El proceso por el cuál el agujero negro regula la formación estelar es todavía un misterio, aunque hay varias hipótesis propuestas. El artículo es Ignacio Martín-Navarro, Jean P. Brodie, …, Glenn van de Ven, “Black-hole-regulated star formation in massive galaxies,” Nature (01 Jan 2018), doi: 10.1038/nature24999; recomiendo también A. Cattaneo, S. M. Faber, …, L. Wisotzki, “The role of black holes in galaxy formation and evolution,” Nature 460: 213–219 (09 Jul 2009), doi: 10.1038/nature08135, arXiv:0907.1608 [astro-ph.CO]; y C. M. Harrison, “Impact of supermassive black hole growth on star formation,” Nature Astronomy 1: 0165 (2017), doi: 10.1038/s41550-017-0165, arXiv:1703.06889 [astro-ph.GA].

[PS 10 Jan 2018] También muestran indicios de la coevolución de los agujeros negros supermasivos y la formación estelar el artículo de C. F. Wethers, M. Banerji, …, A. R. Walker, “UV-Luminous, Star-Forming Hosts of z~2 Reddened Quasars in the Dark Energy Survey,” MNRAS (2018), doi: 10.1093/mnras/stx3332, arXiv:1801.02635 [astro-ph.GA]. [/PS]

[PS 07 Mar 2018] Recomiendo la lectura de Tomás Ruiz-Lara, “How black holes affect star formation in massive galaxies,” Mapping Ignorance, 07 Mar 2018. [/PS]

Dibujo20180102 Evolution of star formation over cosmic time nature24999-f2

Estas figuras muestran la tasa de formación estelar para galaxias con agujeros negros supermasivos de tipo sobremasivo (rojo), estándar (naranja) y submasivo (azul) en función del desplazamiento al rojo (z), o lo que es equivalente, la lejanía en tiempo medida en miles de millones de años (Gyr). Por cierto, desde el punto de vista morfológico y estructural no hay diferencia reseñable entre las galaxias con agujeros negros supermasivos de las tres poblaciones.

Dibujo20180102 schematic diagram fuel supply galaxy growth and black hole growth arxiv 1703 06889

El mecanismo que permite al agujero negro supermasivo regular la tasa de formación galáctica aún no se ha desvelado. La hipótesis más firme es que tanto el núcleo galáctico activo como la formación estelar tienen como fuente el gas frío que se origina en una fuente común, una reserva de gas (potencialmente caliente) en el halo galáctico. La cantidad de este gas y su capacidad de enfriamiento determinan tanto el crecimiento del agujero negro supermasivo como la formación de estrellas.

La reserva de gas en el halo se alimenta a partir de los chorros que emergen de la materia que acreta el agujero negro y de las explosiones de supernovas tras la muerte estelar. Como resultado tenemos dos mecanismos de realimentación regulan ambos procesos. El nuevo trabajo apoya la idea de que el proceso dominante está asociado a los agujeros negros. Por supuesto, futuros estudios tendrán que confirmarlo.

1 comentario

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Melecio Alvarez Melecio Alvarez

Muy importante la participación de los Agujeros Negros en la formación de estrellas ya que de esta manera generan la vida en sus variadas formas . Además regulan el desarrollo de las galaxias.
Y podríamos afirmar que dan origen un Big Bang Discreto.

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