¿Cómo se formaron las galaxias y qué papel juegan los agujeros negros supermasivos en su centro? Es una de las grandes preguntas abiertas de la astronomía moderna y motivación de estudio de un grupo de astrónomas y astrónomos del Instituto de Astronomía, UNAM (IA-UNAM).
Para responder esta pregunta, el equipo de investigación seleccionó 94 núcleos activos de galaxias para realizar un análisis espectral detallado en rayos X y combinarlo con la información obtenida en luz visible e infrarroja.
Se utilizaron datos en rayos X del satélite XMM-Newton y la contraparte visible del Gran Telescopio Canarias, el más grande del mundo con tecnología óptico-infrarroja sobre la franja del cielo Lockman Hole: la región con menos gas interestelar de toda la esfera celeste y la ventana más limpia disponible para observar el Universo.
“Al combinar rayos X, capaces de atravesar el gas y polvo que rodea al agujero negro y revelar su núcleo con luz óptica e infrarroja, la cual nos permite estudiar la galaxia que lo alberga, podemos entender muchas caras de la misma moneda», explica Mauricio Elías Chávez, líder de la investigación.
Los núcleos activos de galaxias o active galactic nuclei (AGN, por sus siglas en inglés) albergan en su centro un agujero negro supermasivo que devora el gas y polvo que hay a su alrededor. Ese proceso libera cantidades masivas de energía, ubicándolos entre los objetos más energéticos del Universo.
“Entender cómo estos monstruos galácticos evolucionan junto con las galaxias que habitan, sigue siendo una de las líneas de investigación más relevantes, y este trabajo nos acerca a la respuesta al descubrir agujeros negros que permanecían ocultos tras densas nubes de gas y polvo, permitiéndonos reconstruir cómo era su entorno en el Universo temprano y sugiriendo que ese mismo material favorece una intensa formación de nuevas estrellas”, comentó el Dr. Elías Chávez.
Este es uno de los hallazgos más interesantes. De los 94 núcleos activos -algunos ocultos con una intensa formación estelar-, destacan tres del tipo Compton-thick: objetos extremadamente oscurecidos por gas y polvo. Uno de ellos, el objID-206603, presentó una formación de aproximadamente 1,000 masas solares por año. Esta tasa de formación estelar es muy alta, comparada con nuestra Galaxia, la cual forma alrededor de una a dos estrellas tipo Sol en el mismo periodo de tiempo.
Además, el grupo de investigación detalló que cuando se observa el Universo en sus primeras etapas, los agujeros negros estaban rodeados por mayores cantidades de gas y polvo que en la actualidad.
“Estos resultados muestran que el entorno de los agujeros negros supermasivos cambia a lo largo de la historia del Universo y ayudan a entender cómo los agujeros negros supermasivos influyen en la evolución y el crecimiento de las galaxias que los albergan”, refirió el especialista.
La línea de acción
El estudio conjunta diversas técnicas y métodos astronómicos. Combina un análisis espectral detallado en rayos X con la caracterización óptica disponible del proyecto Lockman-SpReSO para una población de AGN seleccionada en el infrarrojo lejano. Es un proyecto interdisciplinario donde especialistas de múltiples áreas científicas colaboran para obtener mayores detalles de la evolución galáctica.
“Ajustamos modelos físicos a los espectros de rayos X para caracterizar propiedades como su luminosidad, el gas que los rodea y otras características de su emisión. Integramos estos resultados con estudios previos de la colaboración sobre las propiedades del anillo de polvo que rodea al núcleo, la formación estelar de las galaxias anfitrionas y la clasificación óptica de los AGN, obteniendo una visión más completa de estos sistemas. Esta es una de las caracterizaciones más completas de estos objetos en rayos X hasta la fecha. Permite estimar las propiedades físicas con mayor precisión”, agregó el académico.
El proyecto Lockman-SpReSO está enfocado en el estudio espectroscópico de galaxias y fuentes del infrarrojo lejano en la región del campo Lockman Hole: una zona privilegiada del cielo con el menor contenido de gas galáctico, ideal para estudiar galaxias muy lejanas.
El proyecto ha estudiado más de mil cuerpos celestes y lleva más de una década de colaboración entre el IA-UNAM y el Instituto de Astrofísica de Canarias, en España.
Derivado de las condiciones de esta franja del cielo, se puede observar cómo era el Universo temprano, con apenas un par de miles de millones de años. «Esas galaxias eran mucho más dinámicas, tenían mucho más gas y polvo, eran muy eficientes formando estrellas», agregó.
Más allá de los hallazgos
Este trabajo ofrece una de las caracterizaciones más completas hasta la fecha de una población de AGN en la región de Lockman Hole. Los resultados proporcionan nuevas evidencias observacionales sobre cómo evolucionan los agujeros negros supermasivos y su entorno, mostrando que el material que los rodea -el anillo de polvo- disminuye conforme aumenta la luminosidad del agujero negro, en concordancia con los modelos actuales
El siguiente paso del equipo es estudiar cómo varía la emisión de rayos X de estos mismos objetos a lo largo del tiempo, aprovechando que el XMM-Newton -lanzado en 1999 y todavía en operación- ha observado la misma área celeste en distintas épocas.
Esa variabilidad ayudará a comprender si las erupciones de energía de los agujeros negros centrales frenan o disparan la formación de estrellas en las galaxias. Aunado a eso, el catálogo resultante quedará disponible para la comunidad y complementa otros estudios del proyecto Lockman-SpReSO, sirviendo como base para futuras investigaciones del campo Lockman Hole.
Colaboración internacional
“Es un proyecto con muchas instituciones e investigadores que trabajan en longitudes de onda como el infrarrojo, el óptico y el radio desde hace más de una década, pero hacía falta que se integraran personas que trabajaran con rayos X. Bajo esa premisa entró mi participación y la de mi supervisor, el Dr. Takamitsu Miyaji, al Instituto de Astronomía”, señaló Mauricio Elías Chávez, investigador postdoctoral del IA-UNAM, en la sede académica de Ensenada, B.C.
A la colaboración se suma el Space Science and Geospatial Institute (SSGI)/Entoto Observatory de Etiopía; y de España, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), el Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC) y la Universidad de La Laguna (ULL).
De la UNAM participan: Mauricio Elías Chávez y Takamitsu Miyaji, ambos del IA-Ensenada; además de los doctores Martín Herrera Endoqui, Irene Cruz González, Yair Krongold Herrera, Héctor Hernández Toledo, Castalia Alenka Negrete, J. Antonio de Diego, Erika Benítez Lizaola, J. Antonio Vázquez Mata, J. Jesús González y Vladimir Ávila Reese, del IA-UNAM en Ciudad Universitaria.
Con información de la UNAM
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