Santa Cruz de Tenerife
GAVETA DE ASTROFÍSICA | COORDINADORA: ADRIANA DE LORENZO-CÁCERES RODRÍGUEZ

¿Cómo activar un agujero negro?

5/feb/17 6:37 AM
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La imagen, obtenida con el Telescopio Espacial Hubble, muestra dos galaxias espirales en interacción, conocidas como “los ratones” por las largas colas de marea que se han formado como fruto del choque entre las mismas. Ambas galaxias albergan núcleos activos y se encuentran a unos 300 millones de años luz de nosotros./ NASA, H. FORD (JHU), G. ILLINGWORTH (UCSC/LO), M.CLAMPIN (STSCI), G. HARTIG (STSCI), THE ACS SCIENCE TEAM, AND ESA./

Cristina Ramos Almeida

Una galaxia se compone de estrellas, planetas, polvo, gas, materia oscura y energía oscura. Para hacernos una idea, una galaxia como la nuestra, la Vía Láctea, contiene unos 200 000 millones de estrellas, que es un número intermedio entre el caso de las galaxias enanas, que tienen unos 10 millones de estrellas, y las masivas, que pueden contener hasta 10 billones. Hoy en día pensamos que la inmensa mayoría de las galaxias albergan un agujero negro en su centro, una especie de sumidero cósmico que absorbe todo lo que se acerca a él, incluida la propia luz, de donde viene su nombre. En el caso de los agujeros negros más masivos (un millón de veces o más la masa del Sol), a veces se da la circunstancia de que el ritmo al que absorben material de la galaxia a través del disco de acreción que los rodea se vuelve cada vez mayor. Este disco entonces se calienta y emite enormes cantidades de energía en prácticamente todos los rangos del espectro electromagnético. Se dice que en ese momento la galaxia es activa o posee un núcleo activo, lo que tiene efectos importantes en su posterior evolución. Por ejemplo, el agujero negro consume y calienta el gas que es necesario para formar nuevas estrellas, impidiendo que esto ocurra y por tanto influyendo en una propiedad fundamental de la galaxia. A este fenómeno se le denomina retroalimentación del núcleo activo.

Aproximadamente un 10% de las galaxias observadas son activas. Sin embargo, no está clara la duración de este periodo de actividad nuclear, ni si ocurre en todas las galaxias masivas en algún momento de su vida o no. Por esta razón estudiamos distintas propiedades de las galaxias que se encuentran en esa fase de actividad nuclear y las comparamos con galaxias similares que no son activas. Actualmente pensamos que las interacciones o fusiones galácticas, que tienen lugar cuando dos o más galaxias pasan muy cerca la una de la otra o incluso llegan a colisionar para dar lugar a una nueva galaxia más masiva, tienen mucho que ver con esa actividad nuclear en las galaxias más luminosas. El papel de las fusiones sería incluso más importante en aquellas galaxias que emiten una gran parte de su energía en radio y que son por tanto conocidas como radio galaxias. Estas radio galaxias tienen asociadas eyecciones de partículas moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz, conocidas como jets, las cuales tienen una apariencia similar a los géiseres. Además, viven en entornos muy densos, en cúmulos o grupos de galaxias, lo que favorece el que se produzcan fusiones entre ellas. Estas fusiones hacen posible el desplazamiento de grandes cantidades de gas y polvo hacia el agujero negro central, haciendo que se den las condiciones necesarias para que este se vuelva activo. De acuerdo con las últimas publicaciones sobre este tema, parece claro que prácticamente todas las radio galaxias muy luminosas están formando parte de una interacción o fusión, por lo que pensamos que estas son necesarias para que se dé este tipo de actividad nuclear. Por otra parte, en aquellas galaxias que no son luminosas en radio y que constituyen la mayoría de las galaxias activas, el papel de las fusiones no está tan claro y es necesario seguir investigando para descubrir si otro tipo de mecanismos, bien internos, como pueden ser las barras galácticas o las inestabilidades en sus discos, o bien externos, como las fusiones con galaxias de baja masa, son suficientes para encender esos núcleos activos.

Una dificultad añadida a la hora de estudiar la influencia de las interacciones en la actividad nuclear es la diferencia en la duración de ambos procesos. Una interacción entre galaxias dura muchísimo más que un periodo de actividad nuclear, por lo cual encontramos muchas galaxias en interacción que ya no son activas, pero que muy probablemente lo fueron en el pasado o lo serán en el futuro. Por esta razón, además de las observaciones realizadas con grandes telescopios como los que tenemos en Canarias, que nos permiten analizar en detalle las características morfológicas de estas galaxias activas, necesitamos simulaciones por ordenador, que son la única forma de estudiar las fusiones entre galaxias desde que se inician hasta que terminan. De esta manera podemos saber de manera muy precisa cómo eran las galaxias antes de que se fusionasen dando lugar a una nueva con más gas para formar estrellas e iniciar su actividad nuclear.

Entender los mecanismos que activan los agujeros negros en galaxias es fundamental para evaluar la importancia de esta actividad nuclear en su evolución. Los modelos actuales de formación galáctica requieren de la presencia de agujeros negros activos en galaxias masivas, y más concretamente de la retroalimentación que estos producen, para impedir la formación de nuevas estrellas. Con esto se consigue que los modelos sean capaces de reproducir las observaciones, ya que de no incluir la retroalimentación del núcleo activo producirían galaxias más masivas que las que se observan en realidad.

Cristina Ramos Almeida es una astrofísica palmera experta en núcleos activos de galaxias. Estudió la licenciatura en Física y el doctorado en Astrofísica en la Universidad de La Laguna, tras lo cual disfrutó de una estancia postdoctoral en la Universidad de Sheffield, Reino Unido. Regresó a Tenerife con una beca postdoctoral del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y una beca Marie Curie de la Unión Europea. Hoy en día continúa su actividad investigadora en el IAC con un contrato Ramón y Cajal y es investigadora principal de uno de los grupos de investigación del centro.