Los datos de un satélite de rayos X ahora desaparecido están proporcionando nuevas ideas sobre el complejo tira y afloja entre las galaxias, el plasma caliente que las rodea y los agujeros negros gigantes que acechan en sus centros.
Lanzado desde Japón el 17 de febrero de 2016, el Observatorio de rayos X Hitomi de la agencia espacial japonesa JAXA funcionó durante poco más de un mes antes de que se perdiera el contacto y la nave se desintegró. Pero los datos obtenidos durante esas pocas semanas fueron suficientes para pintarUna nueva y sorprendente imagen de las fuerzas dinámicas en el trabajo dentro de las galaxias.
Nueva investigación, publicada en la revista Naturaleza hoy, revela datos que muestran cuán importantes son los agujeros negros gigantes en los centros galácticos para la evolución de las galaxias en su conjunto.
"Creemos que los agujeros negros supermasivos actúan como termostatos", dijo Brian McNamara, Presidente de Investigación Universitaria en Astrofísica de la Universidad de Waterloo. "Regulan el crecimiento de las galaxias".
burbujas de champán de plasma
Durante su breve vida, el satélite Hitomi recolectó datos de rayos X del núcleo del cúmulo de Perseo, una enorme agrupación gravitacionalmente unida de cientos de galaxias. Ubicado a unos 240 millones de años luz de la Tierra, el cúmulo de Perseo es uno de losEstructuras más grandes conocidas en el universo. El cúmulo incluye no solo la materia ordinaria que compone las galaxias, sino una "atmósfera" de plasma caliente con una temperatura de decenas de millones de grados, así como un halo de materia oscura invisible.
Estudios anteriores, que se remontan a la década de 1960, han demostrado que cada una de las galaxias en el cúmulo, y de hecho la mayoría de las galaxias, probablemente contiene un agujero negro supermasivo en su centro, un objeto de 100 millones a más de diez mil millones de vecesmasivo como nuestro sol.
"Estos agujeros negros gigantes se encuentran entre los generadores de energía más eficientes del universo, cien veces más eficientes que un reactor nuclear", dijo McNamara del Departamento de Física y Astronomía de Waterloo en la Facultad de Ciencias. "La cuestión de caer en el agujero negro esdesgarrado, liberando grandes cantidades de energía en forma de partículas de alta velocidad y energía térmica ".
Este calor se libera desde afuera del horizonte de eventos del agujero negro, el límite sin retorno. La materia restante se absorbe en el agujero negro, agregando a su masa. La energía liberada calienta el gas circundante, creando burbujas de plasma calienteesa onda a través del grupo, justo cuando las burbujas de aire se elevan en una copa de champán.
La investigación arroja luz sobre el papel crucial que desempeña este plasma caliente en la evolución galáctica. Los investigadores ahora están abordando el problema principal en la formación de la estructura en el universo y preguntando: ¿por qué no se enfría la mayor parte del gas? Yformar estrellas y galaxias? La respuesta parece ser que las burbujas creadas por explosiones de energía de los agujeros negros mantienen las temperaturas demasiado altas para que se formen tales estructuras.
"Cada vez que cae un poco de gas en el agujero negro, libera una enorme cantidad de energía", dijo McNamara. "Crea estas burbujas y las burbujas mantienen el plasma caliente. Eso es lo que evita que las galaxias se vuelvan aún más grandes".de lo que son ahora "
Debido a que el plasma es invisible para el ojo y para los telescopios ópticos, no fue hasta el advenimiento de la astronomía de rayos X que la imagen completa comenzó a emerger. En luz visible, el cúmulo de Perseo parece contener muchas galaxias individuales, separadaspor espacio aparentemente vacío. Sin embargo, en una imagen de rayos X, las galaxias individuales son invisibles, y la atmósfera de plasma, centrada en la galaxia más grande del cúmulo, conocida como NGC 1275, domina la escena.
Aunque el agujero negro en el corazón de NGC 1275 tiene solo una milésima parte de la masa de su galaxia anfitriona, y tiene un volumen mucho más pequeño, parece tener una gran influencia en cómo funciona la galaxia y cómo la atmósfera de plasma caliente circundanteevolucionar.
"Es como si la galaxia de alguna manera supiera sobre este agujero negro que se encuentra en el centro", dijo McNamara. "Es como el termostato de la naturaleza, que evita que estas galaxias crezcan. Si la galaxia intenta crecer demasiado rápido, la materia cae en el negroagujero, liberando una enorme cantidad de energía, que expulsa la materia y evita que forme nuevas estrellas ".
McNamara señala que el horizonte de eventos real del agujero negro es aproximadamente del mismo tamaño que nuestro sistema solar, por lo que es tan pequeño en comparación con su galaxia anfitriona como una uva en la Tierra ". Lo que está sucediendo en esta pequeña región está afectandoun gran volumen de espacio ", dijo.
Gracias al efecto regulador del agujero negro, el gas que habría formado nuevas estrellas en su lugar sigue siendo un plasma caliente, cuyas propiedades Hitomi fue diseñado para medir.
Misiones satelitales condenadas
Hitomi empleó un espectrómetro de rayos X que mide los cambios Doppler en las emisiones del plasma; esos cambios se pueden usar para calcular la velocidad a la que se mueven las diferentes partes del plasma. En el corazón del espectrómetro hay un microcalorímetro;enfriado a solo una vigésima parte de un grado por encima del cero absoluto, el dispositivo registra la energía precisa de cada fotón de rayos X entrante.
Conseguir un satélite de rayos X equipado con un microcalorímetro en el espacio ha resultado desalentador: McNamara estuvo profundamente involucrado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, lanzado en 1999, que inicialmente estaba configurado para incluir un microcalorímetro, pero el proyecto se redujo debidoa las limitaciones presupuestarias, y el calorímetro se cayó. Otra misión con la agencia espacial japonesa conocida como ASTRO-E estaba equipada con un microcalorímetro; estaba programado para su lanzamiento en 2000, pero el cohete explotó poco después del despegue. Un tercer esfuerzo, el Suzaku de Japónsatélite, lanzado en 2005, pero una fuga en el sistema de enfriamiento destruyó el calorímetro. Hitomi se lanzó y desplegó perfectamente, pero una serie de problemas con el sistema de control de actitud hizo que el satélite girara fuera de control y se rompiera.
Los datos de Hitomi, por limitados que sean, son suficientes para hacer que los astrónomos reconsideren el papel del plasma en la evolución galáctica, según McNamara. "Se puede pensar que el plasma forma una enorme atmósfera que envuelve cúmulos enteros de galaxias".Estas atmósferas calientes representan el fracaso del pasado, el fracaso del universo para crear galaxias más grandes ", dijo." Pero también es la esperanza para el futuro. Esta es la materia prima para el crecimiento futuro de las galaxias, que estodo: estrellas, planetas, personas. Es la materia prima que en los próximos miles de millones de años hará que la próxima generación de soles y sistemas solares. Y qué tan rápido suceda eso está gobernado por el agujero negro ".
Las observaciones dan a los investigadores, por primera vez, una medición directa de la velocidad turbulenta del plasma caliente ". Esta medición nos dice cómo la enorme energía liberada por los agujeros negros supermasivos regula el crecimiento de la galaxia y el agujero negro en sí mismo,"dijo McNamara.
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Materiales proporcionado por Universidad de Waterloo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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