Efectos de agujeros negros que llegan más allá de sus propias galaxias

En el corazón de cada galaxia lo suficientemente masiva existe un agujero negro cuyo campo gravitatorio, aunque muy intenso, afecta a una pequeña región en torno al centro galáctico, aunque sus efectos también pueden llegar más allá.

Cuando existen galaxias satélites, su evolución está condicionada por su interacción con el medio circungaláctico que rodea a la galaxia central, que a su vez pueden verse afectadas por el gas y la energía expulsados por su agujero negro supermasivo central. Sin embargo, la naturaleza de este acoplamiento entre agujeros negros y galaxias es muy discutido y son escasas las pruebas observacionales.

Las galaxias satélites forman más o menos estrellas dependiendo de su orientación con respecto a la galaxia del centro, que, a su vez, se ve afectada por el gas y la energía expulsados por su agujero negro supermasivo central

Para arrojar luz sobre este relación, un estudio internacional liderado por Ignacio Martín Navarro, científico del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha analizado si la materia y energía radiada por los agujeros negros es capaz de alterar la evolución, no solo de la galaxia anfitriona, sino también de las satélites situadas más lejos.

El equipo ha utilizado el cartografiado Sloan Digital Sky Survey para analizar las propiedades de las galaxias en miles de grupos y cúmulos; y los resultados del estudio, iniciado durante la estancia de Martín en el Instituto Max Planck de Astrofísica, se ha publican ahora en la revista Nature.

“Sorprendentemente hemos encontrado que las galaxias satélites forman más o menos estrellas dependiendo de su orientación con respecto a la galaxia central”, explica Annalisa Pillepich, investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA, Alemania) y coautora del trabajo.

Galaxias apagadas en el eje menor de la galaxia central

El equipo ha encontrado que las galaxias satélites más 'apagadas' son relativamente menos frecuentes a lo largo del eje menor de sus galaxias centrales. Esta observación podría parecer contradictoria, ya que se espera que la actividad de los agujeros negros expulsen masa y energía preferentemente en esa dirección.

El estudio utiliza tanto datos observacionales como una simulación cosmológica del universo para analizar la interacción entre agujeros negros y galaxias anfitrionas

Sin embargo, el estudio muestra que la señal anisotrópica (con propiedades físicas distintas según la dirección en que se mide) observada se debe precisamente a la naturaleza de la retroalimentación de los agujeros negros en los halos masivos del entorno, de tal forma que los flujos de salida impulsados por los núcleos galácticos activos limpian el medio circungaláctico, reduciendo la así la formación de estrellas en las galaxias satélites.

Para tratar de explicar este efecto geométrico en las propiedades de las galaxias satélites los científicos recurrieron a una simulación cosmológica del universo llamada Illustris-TNG que en su código implementa un tratamiento particular para la interacción entre agujeros negros y galaxias anfitrionas.

Unión de simulaciones y observaciones

“Al igual que en las observaciones, la simulación Illustris-TNG muestra una clara modulación en la tasa de formación estelar de las galaxias satélites según sea su posición respecto a la central”, apunta Pillepich.

Los datos apoyan, por tanto, la idea de que los agujeros negros desempeñan un papel importante a la hora de regular la evolución de las galaxias, un pilar fundamental en el conocimiento actual del universo.

Los resultados sugieren que existe un tipo particular de acoplamiento entre galaxias y agujeros negros, mediante el cual son capaces de expulsar material a grandes distancias de los centros galácticos, llegando a alterar la evolución de galaxias cercanas

Sin embargo, esta hipótesis es cuestionada continuamente dada la dificultad para, en la práctica, medir el posible efecto de los agujeros negros en las galaxias reales, más allá de consideraciones teóricas.

Los resultados del estudio sugieren también que existe un tipo particular de acoplamiento entre galaxias y agujeros negros, mediante el cual son capaces de expulsar material a grandes distancias de los centros galácticos, llegando a alterar incluso la evolución de otras galaxias cercanas.

“Más allá de observar el efecto de los agujeros negros en la evolución de las galaxias, nuestro análisis abre una puerta a entender los detalles de esta interacción”, señala Martín.

“Este trabajo ha sido posible con la colaboración entre dos comunidades, la observacional y la teórica que, en el campo de la astrofísica extragaláctica, están encontrando en las simulaciones cosmológicas una herramienta muy útil para entender cómo se comporta el universo”, concluye el científico.

Referencia:

Ignacio Martín Navarro, Annalisa Pillepich, et al. “Anisotropic satellite quenching modulated by black hole activity”. Nature, 2021