Cómo influye el viento galáctico en la formación de agujeros negros supermasivos y galaxias

En el centro de muchas galaxias grandes se esconde un agujero negro supermasivo y, las últimas observaciones con el telescopio ALMA, en Chile, han descubierto un viento galáctico titánico impulsado por un agujero negro supermasivo hace 13.100 millones de años, el ejemplo más antiguo observado hasta la fecha de este tipo de viento. 

Esto supone una evidencia más de que los enormes agujeros negros tienen un efecto profundo en el crecimiento de las galaxias desde la historia más temprana del Universo, ya que los agujeros negros supermasivos son de millones a miles de millones de veces más masivos que el Sol.

La masa del agujero negro es aproximadamente proporcional a la masa de la región central (abultamiento) de la galaxia en el Universo cercano. A primera vista, esto puede parecer obvio, pero en realidad es muy extraño.

La razón es que los tamaños de las galaxias y los agujeros negros difieren en aproximadamente 10 órdenes de magnitud. Basándose en esta relación proporcional entre las masas de dos objetos que son tan diferentes en tamaño, los astrónomos creen que las galaxias y los agujeros negros crecieron y evolucionaron juntos (coevolución) a través de algún tipo de interacción física.

La creación del viento galáctico

Un viento galáctico puede proporcionar este tipo de interacción física entre los agujeros negros y las galaxias. Un agujero negro supermasivo se traga una gran cantidad de materia. A medida que esa materia comienza a moverse a alta velocidad debido a la gravedad del agujero negro, emite una energía intensa, que puede empujar la materia circundante hacia afuera. Así es como se crea el viento galáctico.

"La pregunta es ¿cuándo surgieron los vientos galácticos en el Universo?" dice en un comunicado Takuma Izumi, autor principal del artículo de investigación e investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). "Esta es una pregunta importante porque está relacionada con un problema importante de la astronomía: ¿cómo coevolucionaron las galaxias y los agujeros negros supermasivos?".

Tipos de telescopios utilizados

El equipo de investigación utilizó por primera vez el telescopio Subaru de NAOJ para buscar agujeros negros supermasivos. Gracias a su capacidad de observación de campo amplio, encontraron más de 100 galaxias con agujeros negros supermasivos en el Universo hace más de 13.000 millones de años.

Luego, el equipo de investigación utilizó la alta sensibilidad de ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) para investigar el movimiento del gas en las galaxias anfitrionas de los agujeros negros. ALMA observó la galaxia HSC J124353.93 + 010038.5 (en adelante J1243 + 0100), descubierta por el Telescopio Subaru, y capturó ondas de radio emitidas por el polvo y los iones de carbono en la galaxia.

Datos sobre el viento galáctico 

El análisis detallado de los datos de ALMA reveló que hay un flujo de gas de alta velocidad que se mueve a 500 km por segundo en J1243 + 0100. Este flujo de gas tiene suficiente energía para alejar el material estelar de la galaxia y detener la actividad de formación de estrellas. El flujo de gas encontrado en este estudio es verdaderamente un viento galáctico, y es el ejemplo más antiguo observado de una galaxia con un gran viento de tamaño galáctico. 

El poseedor del récord anterior fue una galaxia a unos 13.000 millones de años luz; por lo que esta observación hace retroceder el comienzo otros 100 millones de años luz.

El equipo también midió el movimiento del gas silencioso en J1243 + 0100 y estimó que la masa de la protuberancia de la galaxia, basándose en su equilibrio gravitacional, era aproximadamente 30 mil millones de veces la del Sol. La masa del agujero negro supermasivo de la galaxia, estimada por otro método, era aproximadamente el 1% de eso.

La relación de masa del abultamiento al agujero negro supermasivo en esta galaxia es casi idéntica a la relación de masa de los agujeros negros a las galaxias en el Universo moderno. Esto implica que la coevolución de los agujeros negros supermasivos y las galaxias ha estado ocurriendo desde menos de mil millones de años después del nacimiento del Universo.

"Existían relaciones coevolutivas incluso hace unos 13.000 millones de años".

"Nuestras observaciones apoyan las recientes simulaciones por ordenador de alta precisión que han predicho que existían relaciones coevolutivas incluso hace unos 13.000 millones de años", comenta Izumi. "Estamos planeando observar una gran cantidad de tales objetos en el futuro, y esperamos aclarar si la coevolución primordial vista en este objeto es una imagen precisa del Universo general en ese momento".