Agujeros negros en pequeñas galaxias también emiten rayos gamma

01/03/2018

El descubrimiento de siete nuevas galaxias puede replantear lo que los astrofísicos piensan sobre cómo el tamaño de una galaxia, --y el agujero negro en su centro-- puede afectar a su comportamiento.

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Se ha creído ampliamente que solo las galaxias masivas contienen suficiente energía para convertirse en blázares, que son fuertes chorros de radiación lo suficientemente poderosos como para estirarse miles de años luz. Pero la última investigación de Vaidehi Paliya, astrofísico de la Clemson University, parece indicar que las galaxias más pequeñas también pueden hacer esto, si las condiciones son las adecuadas.

Hay tres tipos principales de galaxias: elípticas de forma ovalada, espirales en forma de disco e irregulares que no encajan con ninguna de las clases anteriores.

"Las galaxias elípticas son las galaxias más antiguas y masivas del universo", dijo Paliya. "La gente propone que las galaxias elípticas se forman cuando dos galaxias más pequeñas colisionan, fundiéndose en una gran elíptica. Típicamente, las elípticas albergan un agujero negro que es más de un billón de veces la masa de nuestro sol".

A través de su fuerza gravitatoria inherente e ineludible, los agujeros negros en el centro de las galaxias se agrandarán atrayendo y "devorando" la materia circundante a través de un proceso llamado acreción.

Pero cuando el disco de acreción que rodea el agujero negro comienza a emitir ráfagas de energía extremas --en radio, infrarrojos o bandas de rayos X-- se dice que la galaxia está "activa", abriendo la puerta a otro clasificador de galaxias más allá de la forma.

"Los blazares son un tipo de galaxia activa", dijo Marco Ajello, profesor de física y astronomía y asesor de Paliya. "Estas son galaxias que albergan un agujero negro supermasivo, y este agujero negro --de alguna manera-- es capaz de acelerar partículas cercanas a la velocidad de la luz y mantenerlas colimadas en haces estrechos, llamados chorros, que se convierten en fuentes de luz muy brillantes cuando apuntan hacia nosotros".

Estos chorros son algunas de las fuentes más extremas de radiación de rayos gamma en el espacio exterior. "Estos blázares tienen chorros que son como fuentes. Si quieres una fuente enorme, necesitarías tener un motor muy potente en la base. Los blázares necesitan tener agujeros negros muy masivos en sus centros para poder lanzar chorros", dijo Paliya. "En general, no esperamos que estos poderosos jets provengan de fuentes pequeñas, como nuestra galaxia".

La Vía Láctea es una galaxia espiral con brazos en forma de molinete formados por gas y polvo que contienen un centro brillante de estrellas más antiguas. Típicamente, las galaxias espirales son menos masivas y mucho menos activas que sus contrapartes elípticas.

Cuando el Telescopio Espacial Fermi Gamma-Ray, lanzado en 2008 por la NASA, detectó la emisión de rayos gamma de cuatro galaxias espirales en su primer año de órbita, los físicos se quedaron perplejos.

"Fue inesperado: solo hemos visto ese tipo de emisión de rayos gamma de blazars", dijo Dieter Hartmann, profesor de física y astronomía y coautor del estudio. "Cuando se descubrieron estas cuatro fuentes, la gente especuló que podían ser blazares. Pero como había tan pocas fuentes, nadie estaba seguro de ello. Entonces surgió la pregunta: ¿son realmente un nuevo tipo de fuente, o son solo excepciones al estandar?".

La pregunta quedó en el aire, hasta que los colaboradores de Paliya en India lanzaron un catálogo de galaxias espirales activas en 2017. Conocidas como las galaxias Seyfert, se trata de otro tipo de galaxia activa con agujeros negros de masa relativamente baja que residen en sus centros. Sin embargo, en lugar de emitir ráfagas violentas de radiación de rayos gamma, como los blazares, las galaxias Seyfert son conocidas por sus fuertes emisiones ultravioletas.

El catálogo brindó la primera oportunidad a los astrofísicos para abordar la cuestión del descubrimiento del telescopio Fermi en 2008. La cuestión es si es posible que una galaxia espiral emita una radiación en chorro de rayos gamma.

"Tomé este catálogo de 11.101 galaxias Seyfert, y las estudié en la banda de rayos gamma utilizando los datos del Telescopio de área grande a bordo del satélite Fermi", dijo Paliya. "A partir de eso, encontré cuatro nuevas fuentes de rayos gamma y tres que antes se conocían como blazares, pero creemos que en realidad son galaxias Seyfert".

Este avance es una indicación de que incluso fuentes más pequeñas son capaces de lanzar potentes chorros de rayos gamma, un posible cambio de paradigma en el campo de la astrofísica. El estudio se publica en 'The Astrophysical Journal Letters'.