Observatorio ALMA/DICYT Gracias al Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) investigadores descubrieron un viento galáctico titánico impulsado por un agujero negro supermasivo hace 13.100 millones de años. Este es el ejemplo más antiguo observado de tal viento hasta la fecha y es una señal reveladora de que los enormes agujeros negros tienen un efecto profundo en el crecimiento de las galaxias desde la historia más temprana del Universo.
En el centro de muchas galaxias grandes se esconde un agujero negro supermasivo que es de millones a miles de millones de veces más masivo que el Sol. Curiosamente, 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 unos diez 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.
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 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 en astronomía: ¿Cómo coevolucionaron las galaxias y los agujeros negros supermasivos?”.
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 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.
El análisis detallado de los datos de ALMA reveló que hay un flujo de gas de alta velocidad que se mueve a 500 kilómetros 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 era una galaxia hace unos 13.000 millones de años, por lo que esta observación hace retroceder el comienzo otros 100 millones de años.
El equipo también midió el movimiento del gas silencioso en J1243+0100 y estimó la masa del abultamiento de la galaxia, basándose en su equilibrio gravitacional, en unas 30.000 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.
“Nuestras observaciones apoyan las recientes simulaciones por computadora de alta precisión que han predicho que las relaciones coevolutivas estaban en su lugar incluso hace unos 13.000 millones de años”, comenta Izumi. “Estamos planeando observar una gran cantidad de objetos similares en el futuro y esperamos aclarar si la coevolución primordial vista en este objeto es una imagen precisa del Universo general en ese momento”.
Referencia
Estos resultados de observación se presentan como «Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Feedback a gran escala y formación estelar en un quásar de baja luminosidad en z = 7.07», por Takuma Izumi et al. en Astrophysical Journal el 14 de junio de 2021.
