Astrónomos hallan relación clave entre el choque de galaxias y la voracidad de los agujeros negros

Los científicos utilizaron observaciones de alta resolución para ver a través de la gruesa capa de gas y polvo que cubre los centros galácticos, realizando el estudio más grande de galaxias cercanas conocido.

Un grupo internacional de investigadores, entre los que está el académico del Instituto de Astrofísica UC Ezequiel Treister, concluyó que un gran número de AGNs o agujeros negros en rápido crecimiento, son generados por choques entre galaxias, especialmente aquellos con altas luminosidades. Para realizar esta investigación se utilizaron observaciones de alta resolución, lo que permitió observar con alta nitidez a través de las gruesas capas de gas y polvo que cubren estos centros de galaxias. El estudio corresponde al más grande realizado sobre galaxias cercanas y en él participó también el investigador del Núcleo de Astronomía de la Universidad Diego Portales Claudio Ricci. Hoy fue publicado en la prestigiosa revista científica Nature.

Los AGN liberan grandes cantidades de energía debido al gas y polvo que cae sobre el agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de casi todas las galaxias masivas. En ese periodo de acreción, se convierten en las fuentes de energía más brillantes en el Universo. Este estudio permitió observar los núcleos de galaxias justo antes de la fusión de estos agujeros negros con una resolución capaz de resolver separaciones muy pequeñas entre ellos.

"Lo que descubrimos es que casi el veinte por ciento de los AGNs están asociados a las últimas etapas del proceso de choque de galaxias, es decir, un poco antes que se fusionen y formen un sólo y colosal agujero negro", indica Ezequiel Treister, quien también es investigador del Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines CATA.

Las observaciones se realizaron en el Observatorio Keck (Hawai), utilizando óptica adaptativa y se complementaron con datos del observatorio espacial de rayos X Neil Gehrels Swift y con 20 años de observaciones del Telescopio Espacial Hubble. La muestra incluyó un amplio rango de luminosidad, así como fuentes oscurecidas -por el polvo y gas alrededor- y no oscurecidas.

"Gracias a estas observaciones a muy alta resolución estudiamos la tasa de choque de galaxias cuando los dos núcleos están muy cerca, a menos de 3 kpc (10 mil años luz), y vimos que, efectivamente, el exceso es muy significativo, principalmente para AGNs oscurecidos. Es una buena confirmación de lo que habíamos concluído hace mucho tiempo. Lo interesante es que todo esto se puede comparar con simulaciones, con las que confirmamos e interpretamos nuestro descubrimiento", destaca Treister.

La investigación detectó núcleos de galaxias chocando y desde el análisis se concluyó que los agujeros negros oscurecidos tienen una mayor probabilidad de participar de este tipo de choques. "El choque de galaxia es un mecanismo importante para obscurecer y alimentar los agujeros negros supermasivos", indica Claudio Ricci, quien era investigador del Instituto de Astrofísica UC al momento de realizar la investigación.

Treister agrega que estas fusiones son predominantes a altas luminosidades. La fracción de galaxias que están relacionadas con fusiones, con separaciones entre núcleos en el rango de 3 a 10 Kpc (10 mil a 30 mil años luz), es mayor respecto de galaxias no activas o de baja luminosidad.

Según el líder de esta investigación, el astrónomo de Eureka Scientific Inc. Michael J. Koss, las imágenes de este estudio muestran lo que sucederá cuando nuestra galaxia, la Vía Láctea, se fusione con Andrómeda y sus respectivos agujeros negros centrales formen una espiral entre sí. Cuando los agujeros negros chocan, liberan energía en forma de ondas gravitacionales, por lo que esta investigación podría conducir a predicciones sobre en qué tipos de galaxias podrían ocurrir estos eventos cósmicos importantes.

Trabajo a futuro

Una de las limitaciones de este trabajo es que los instrumentos utilizados no son muy sensibles, por lo que sólo se pueden observar objetos brillantes y, por lo tanto, relativamente cercanos. Esto es una limitación, al igual que el desconocimiento del origen del oscurecimiento. "Sabemos que una de las características fundamentales, y lo vemos en las simulaciones, es que un choque de galaxias es un buen mecanismo para tomar el gas, el que normalmente está dando vueltas en toda la galaxia, y llevarlo hacia el núcleo. Cómo funciona ese mecanismo, aún no lo tenemos claro", indica Treister. El astrónomo explica que incluso utilizando simulaciones, es imposible estudiar el gas en escala de galaxias y en el núcleo al mismo tiempo, por lo que el paso siguiente es entender la dinámica del gas.

Para esto, el equipo ha realizado observaciones con ALMA y con el VLT (específicamente, con el instrumento MUSE). "Este trabajo demuestra que la última etapa de choque de galaxias es fundamental para entender cómo crecen los agujeros negros, pero con estas nuevas observaciones vamos a poder entender cómo se está moviendo el gas y sus propiedades físicas, cuál es su temperatura, densidad, entre otros", indica Treister.

Además, los astrónomos consideran futuras observaciones utilizando óptica adaptativa con telescopios como el Thirty Meter Telescope (TMT), el European Large Telescope (ELT) y el Giant Magellan Telescope (GMT). "Esto permitirá observaciones más precisas de galaxias en choques y de sus agujeros negros", explica Claudio Ricci.