Una galaxia desafía teorías y se resiste a ser devorada por un agujero negro

El telescopio aerotransportado SOFIA encontró una galaxia que sobrevive a las fuerzas voraces de un agujero negro y hasta es capaz dar a luz nuevas estrellas, unas 100 al año del tamaño del sol. Hasta ahora se pensaba que estos objetos altamente energéticos, detenían el nacimiento de estrellas. El descubrimiento puede explicar cómo se formaron las galaxias masivas a pesar de que el Universo está dominado por galaxias que ya no forman estrellas. Los resultados se publican en el Astrophysical Journal.

"Esto nos muestra que el crecimiento de agujeros negros activos no detiene el nacimiento de estrellas instantáneamente, lo que va en contra de todas las predicciones científicas actuales", dijo en un comunicado Allison Kirkpatrick, profesora asistente de la Universidad de Kansas en Lawrence Kansas y coautora del estudio. "Nos está haciendo repensar nuestras teorías sobre cómo evolucionan las galaxias".

SOFIA, un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán, DLR, estudió una galaxia extremadamente distante, ubicada a más de 5250 millones de años luz de distancia llamada CQ4479. En su núcleo hay un tipo especial de cuásar que fue descubierto recientemente por Kirkpatrick llamado cuásar frío.

En este tipo de cuásar, el agujero negro activo todavía se está alimentando de material de su galaxia anfitriona, pero la intensa energía del cuásar no ha devastado todo el gas frío, por lo que las estrellas pueden seguir formándose y la galaxia sigue viva. Esta es la primera vez que los investigadores tienen una visión detallada de un cuásar frío, midiendo directamente el crecimiento del agujero negro, la tasa de nacimiento de estrellas y la cantidad de gas frío que queda para alimentar la galaxia.

"Nos sorprendió ver una galaxia extraña que desafía las teorías actuales", dijo Kevin Cooke, investigador postdoctoral de la Universidad de Kansas en Lawrence, Kansas, y autor principal de este estudio. "Si este crecimiento en tándem continúa, tanto el agujero negro como las estrellas que lo rodean triplicarían su tamaño antes de que la galaxia llegue al final de su vida".

Como uno de los objetos más brillantes y distantes del universo, los cuásares o fuentes de radio cuasi estelares son notoriamente difíciles de observar, porque a menudo eclipsan todo lo que los rodea. Se forman cuando un agujero negro especialmente activo consume grandes cantidades de material de la galaxia circundante, creando fuertes fuerzas gravitacionales. A medida que más y más material gira cada vez más rápido hacia el centro del agujero negro, el material se calienta y brilla intensamente.

Un cuásar produce tanta energía que a menudo eclipsa todo lo que lo rodea, cegando los intentos de observar su galaxia anfitriona. Las teorías actuales predicen que esta energía se calienta o expulsa el gas frío necesario para crear estrellas, deteniendo el nacimiento de estrellas y provocando un golpe letal al crecimiento de una galaxia. Pero SOFIA revela que hay un período relativamente corto en el que el nacimiento de estrellas de la galaxia puede continuar mientras el festín del agujero negro continúa alimentando las poderosas fuerzas del cuásar.

En lugar de observar directamente las estrellas recién nacidas, SOFIA utilizó su telescopio de tres metros para detectar la luz infrarroja que irradia el polvo calentado por el proceso de formación de estrellas. Utilizando los datos recopilados por la cámara de banda ancha aerotransportada de alta resolución de SOFIA, o el instrumento HAWC +, los científicos pudieron estimar la cantidad de formación estelar durante los últimos 100 millones de años.

"SOFIA nos permite ver en esta breve ventana de tiempo donde los dos procesos pueden coexistir", dijo Cooke. "Es el único telescopio capaz de estudiar el nacimiento de estrellas en esta galaxia sin verse abrumado por el cuásar intensamente luminoso".

La breve ventana de crecimiento conjunto de un agujero negro y una estrella representa una fase temprana en la muerte de una galaxia, en la que la galaxia aún no ha sucumbido a los efectos devastadores del cuásar. Se necesita una investigación continua con SOFIA para saber si muchas otras galaxias pasan por una etapa similar con el crecimiento conjunto de estrellas y agujeros negros antes de llegar al final de su vida. Las observaciones futuras con el telescopio espacial James Webb, cuyo lanzamiento está programado para 2021, descubrirían cómo los cuásares afectan la forma general de sus galaxias anfitrionas.