Nacimiento de Agujeros Negros Supermasivos: Batalla en el Bulto
Vista desde lejos, nuestra galaxia, la Vía Láctea, se parecería a un panqueque con un gran pedazo de mantequilla fundida en el centro. El panqueque es el delgado disco de la galaxia, y la mantequilla representa un largo "abultamiento" de estrellas en el centro. En el centro del abultamiento hay un agujero negro que tiene varios millones de veces la masa del Sol.
Los astrónomos creen que todas las galaxias con un "abultamiento" de estrellas en el centro albergan también un agujero negro supermasivo. Y algunas observaciones sugieren que hay una relación directa entre la masa del agujero negro y la masa total de las estrellas y el gas que forman el bulto. Es más, la formación del agujero negro y el bulto pueden estar relacionadas una relación que mueve gran parte de la investigación de los agujeros negros supermasivos.
Los astrónomos han descubierto docenas de agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias. Los agujeros negros aparecen, o bien en galaxias espirales con abultamientos grandes de estrellas en su centro, como la Vía Láctea, o en galaxias que sólo son bultos, sin discos que los rodeen. Los astrónomos todavía no han encontrado agujeros negros supermasivos en los núcleos de galaxias que sólo tienen discos, sin bultos de estrellas en el medio.
Midiendo las masas de los agujeros negros y de los abultamientos de estrellas, los astrónomos han descubierto una correlación estrecha entre ambos: la masa del agujero negro siempre está en torno al 0.15 por ciento de la masa total del abultamiento.
La muestra de agujeros negros es bastante grande, así que es improbable que esa relación sea una coincidencia. Todo lo contrario: el nacimiento del agujero negro y de la galaxia parecen estar íntimamente relacionados.
Los astrónomos tienen dos teorías para explicar esta relación.
Según una teoría, en los primeros momentos del universo todas las galaxias eran bastante pequeñas, y nacieron con agujeros negros que eran un 0.15 por ciento de su masa. Estos fragmentos de galaxia tardaron poco en juntarse para formar galaxias más grandes. Al hacerlo, los agujeros negros de sus núcleos también se unieron, manteniendo la razón entre la masa del agujero negro y la masa de todo el gas y las estrellas.
La segunda teoría propone que los agujeros negros empezaron siendo relativamente pequeños, y después crecieron cuando las galaxias se formaron en torno a ellos.
Sin embargo, el proceso que aumenta el tamaño del agujero negro libera copiosas cantidades de energía a la galaxia. Esta energía entra en relación con la galaxia para regular la habilidad de esa galaxia para formar estrellas. La emisión de energía también clausura el suministro de combustible del propio agujero negro, alejando las nubes de gas y polvo circundantes.
En otras palabras, a una razón específica de masa del agujero negro a masa de la galaxia, el agujero negro impide que la galaxia y el agujero negro aumenten de tamaño. Este notable proceso sucede cuando esa razón es de 0.15 por ciento.
Observaciones y simulaciones con computadora realizadas durante la última época parecen apoyar la segunda explicación. Sugieren que pequeñas "semillas" de agujeros negros, que se formaron en los primeros momentos del universo, sirvieron de "raíces" gravitacionales para las nubes de gas circundantes. Cuando una nube de gas se colapsaba hacia adentro, parte de su masa se incorporaba al agujero negro.
En estos sistemas, el gas formaba un disco amplio y plano alrededor del agujero negro. El disco se calentaba hasta millones o miles de millones de grados, haciendo que se produjeran enormes cantidades de rayos-X y otras formas de energía. Estos sistemas se conocen como quasares uno de los objetos más brillantes y energéticos del universo. Desde un volumen de espacio no mayor que nuestro sistema solar, de sólo unas horas luz de longitud, un quasar puede emitir tanta energía como toda una galaxia de estrellas, que puede extenderse a lo largo de decenas de miles de años luz.
La energía de un disco de acreción supercaliente expulsó parte del gas que entraba, contribuyendo a regular los agujeros negros supermasivos y las galaxias circundantes. Las simulaciones de computadora sugieren que esto pasa independientemente de la masa del agujero negro y de la cantidad de gas en torno suyo. Los agujeros negros en galaxias más masivas recogen más gas, así que sus discos de acreción son más calientes lo cual, a su vez, hace que expulsen más gas a su alrededor. Los discos de acreción en torno a agujeros negros en galaxias menos masivas no se calientan tanto, pero tienen menos gas circundante para expulsar. En ambos casos, se mantiene la masa del agujero negro en el nivel justo.
Los astrónomos continúan estudiando quasares, así como los agujeros negros supermasivos en galaxias más tranquilas, para comprender mejor la relación entre una galaxia y su agujero negro central.
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