El agujero negro supermasivo de un clúster de galaxias, con crisis de identidad…

Los cúmulos de galaxias son a menudo descritas por las superlativas que son. Después de todo, son enormes conglomerados de galaxias, gas caliente y la materia oscura y representan las estructuras más grandes en el universo ligadas por la gravedad.

Los cúmulos de galaxias tienden a ser pobres en la producción de nuevas estrellas en sus centros. En general, tienen una galaxia gigante en su medio que forma estrellas a un ritmo significativamente más lento que la mayoría de las galaxias, incluyendo nuestra Vía Láctea. La galaxia central contiene un agujero negro supermasivo aproximadamente mil veces más masivo que el que está en el centro de nuestra galaxia. Sin calentamiento causado por los estallidos de este agujero negro, las grandes cantidades de gas caliente que se encuentran en la galaxia central se van enfriando. Se cree que el agujero negro central actúa como un termostato, que previene de un enfriamiento rápido del gas caliente que lo rodea y obstaculiza la formación de estrellas.

Nuevos datos proporcionan más detalles sobre cómo el cúmulo de galaxias SPT-CLJ2344-4243, apodadas como el clúster del Fénix, desafía esta tendencia. El grupo ha destrozado varios registros en el pasado: En 2012, los científicos anunciaron que clúster del Fénix contó con la mayor tasa de enfriamiento de gas caliente y un proceso de formación de estrellas jamás vista en el centro de un cúmulo de galaxias, aparte de ser el más poderoso productor de rayos X de todos los grupos conocidos. La velocidad a la que el gas caliente se enfría en el centro del grupo es también el tema importante más grande jamás observado en un objeto de este tipo.

Nuevas observaciones de este cúmulo de galaxias a través de rayos X, ultravioleta, y las longitudes de onda ópticas ofrecidas por el Observatorio de la NASA Chandra, el telescopio espacial Hubble y el telescopio Clay-Magallanes ubicada en Chile están ayudando a los astrónomos a comprender mejor este objeto notable. Datos ópticos de Clay-Magallanes revelan filamentos estrechos en el centro de la agrupación donde las estrellas se están formando. Estos hilos cósmicos masivos de gas y polvo, la mayoría de los cuales nunca se habían detectado antes, se extienden unos 160.000 a 330.000 años luz. Esto es más largo que toda la amplitud de la Vía Láctea, lo que son los más extensos filamentos jamás vistos en un cúmulo de galaxias.

Estos filamentos rodean grandes cavidades, regiones con gran reducción de emisión de rayos X en el gas caliente. Las cavidades de rayos X se pueden ver en la imagen compuesta que muestra los datos de rayos X Chandra de color azul y datos ópticos del telescopio espacial Hubble en rojo, verde y azul. Los astrónomos piensan que las cavidades de rayos X fueron talladas en el gas circundante por poderosos chorros de partículas de alta energía que emanan de cerca de un agujero negro supermasivo en el centro de la agrupación de galaxias. Como si fuera unos remolinos hacia un agujero negro, se libera una enorme cantidad de energía gravitatoria. Observaciones de radio combinadas junto con rayos X de los agujeros negros supermasivos en otros cúmulos de galaxias han demostrado que una fracción significativa de esta energía se libera en forma de chorros de explosiones que pueden durar millones de años. El tamaño observado de las cavidades de rayos X indica que la explosión que produjo las cavidades en SPT-CLJ2344-4243 fue uno de los más energéticos tales eventos jamás registrados.

Sin embargo, el agujero negro central en el clúster del Fénix está sufriendo una crisis de identidad, ya que comparte propiedades con dos cuásares, objetos muy luminosos alimentados por material que cae en un agujero negro supermasivo, y radio galaxias que contienen chorros de partículas energéticas que brillan en las radio ondas y también son alimentados por agujeros negros gigantes. La mitad de la producción de energía a partir de este agujero negro llega a través de los jets que empujan mecánicamente sobre el gas circundante – Modo de radio – y la otra mitad de la óptica, ultravioleta, y radiación X se origina en un disco de acreción – Modo cuásar. Los astrónomos sugieren que el agujero negro puede estar en el proceso de cambiar de un tirón entre estos dos estados.

Las cavidades de rayos X se encuentra más lejos del centro del cúmulo, etiquetado como «cavidades externas» y proporcionan una evidencia de que se produjeron fuertes explosiones desde el agujero negro central hace unos cien millones de años, dejando de lado el tiempo de viaje de la luz a la agrupación. Esto implica que el agujero negro puede haber estado en un modo de radio, con arrebatos, hace unos cien millones de años, luego cambió a un modo cuásar, y luego cambió de nuevo en un modo de radio.

Se cree que el enfriamiento rápido puede haber ocurrido entre estos arrebatos, lo que provocó la formación de estrellas en cúmulos y los filamentos en toda la galaxia central a una velocidad de cerca de 610 masas solares por año. En comparación, sólo un par de nuevas estrellas se forman cada año en nuestra Vía Láctea. Las propiedades extremas del sistema del clúster del Fénix están proporcionando nuevos conocimientos sobre diversos problemas astrofísicos, incluyendo la formación de estrellas, el crecimiento de las galaxias y los agujeros negros, y la co-evolución de los agujeros negros y su entorno.

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