El concepto de un artista muestra chorros dipolares de gas que emanan de un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. Crédito de la imagen: ESA/Hubble, L. Calcada (ESO)
Un estudio reveló que las galaxias tienen un mecanismo regulador similar al corazón y los pulmones, que controla su crecimiento limitando la absorción de gas.
Este mecanismo, que implica una enorme masa Agujero negro Sus emisiones en chorro evitan que las galaxias se expandan demasiado rápido, asegurando su longevidad y evitando que envejezcan prematuramente y se conviertan en galaxias «zombies».
Un nuevo estudio sugiere que las galaxias evitan la muerte prematura porque tienen un “corazón y pulmones” que regulan eficazmente su “respiración” y evitan que crezcan sin control.
Si esto no hubiera sucedido, el universo habría envejecido mucho más rápido, y todo lo que veríamos hoy serían enormes galaxias “zombis” repletas de estrellas muertas y moribundas.
Así lo afirma un nuevo estudio publicado en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, Que examina uno de los mayores misterios del universo: por qué las galaxias no son tan grandes como esperan los astrónomos.
Algo parece estar sofocando su enorme potencial al limitar la cantidad de gas que absorbe para convertirse en estrellas, lo que significa que en lugar de crecer infinitamente, algo en su interior resiste lo que se pensaba que era la inevitable fuerza de la gravedad.
Este clip muestra un chorro hipersónico que genera un «movimiento similar a un fuelle», al recibir impulsos del «corazón» del agujero negro, haciendo que se expanda y contraiga «como un pulmón lleno de aire» y «expulsando aire caliente» ( ondas de presión) hacia su entorno. Los ejes del gráfico son medidas de distancia adimensionales. Copyright: C Richards/MD Smith/Universidad de Kent
Una analogía del corazón y los pulmones en las galaxias.
Ahora los astrofísicos de la Universidad de Kent creen haber descubierto el secreto. Sugieren que las galaxias pueden controlar su tasa de crecimiento por la forma en que «respiran».
En su analogía, los investigadores compararon el agujero negro supermasivo en el centro y núcleo de la galaxia con los chorros supersónicos bipolares de gas y radiación que emiten hacia las vías respiratorias que alimentan los pulmones.
Los pulsos del agujero negro – o «núcleo» – pueden desencadenar frentes de choque en chorro que oscilan hacia adelante y hacia atrás a lo largo de los dos ejes de los chorros, del mismo modo que el diafragma torácico del cuerpo humano se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro de la cavidad torácica para inflar y desinflar ambos. pulmones.
Esto podría provocar que la energía del chorro se transfiera ampliamente al medio circundante, tal como respiramos aire caliente, frenando la acumulación y el crecimiento de gas de la galaxia.
Dos ejemplos diferentes que simulan un lado de chorros dipolares simétricos, donde las ondas de presión se propagan a través del medio extragaláctico. Aquí las variaciones de presión se muestran mediante una escala de color de temperatura roja (oscuro = baja presión, claro = alta presión). Cada chorro entra por la izquierda con una presión que cae rápidamente a medida que es empujado contra el medio circundante. Los ejes son medidas de distancia adimensionales. Copyright: C Richards/MD Smith/Universidad de Kent
Ideas de simulación y dinámica galáctica.
Al estudiante de doctorado Carl Richards se le ocurrió esta teoría después de crear una simulación nueva, nunca antes probada, para investigar el papel que podrían desempeñar los chorros supersónicos en la amortiguación del crecimiento de las galaxias.
Esto incluía permitir que el «corazón» del agujero negro latiera y hacer que los chorros estuvieran bajo alta presión, como una forma de presión arterial alta, si la comparamos con el cuerpo humano.
Esto provocó que los chorros se volvieran «como un fuelle», enviando ondas sonoras «como ondas en la superficie de un estanque», dijo.
Este fenómeno es similar al equivalente terrestre del sonido y las ondas de choque que se producen cuando se abre una botella de champán, el chirrido de un coche, el escape de un cohete o la perforación de recipientes presurizados.
En esta impresión artística aparecen ondas sonoras (ondas) en el gas caliente que llena el cúmulo de Perseo. Se cree que surgieron de cavidades expulsadas por chorros de un agujero negro supermasivo (mancha blanca brillante) en el centro de la galaxia. Copyright: NASA/NASA/XC/M. Weiss
«Nos dimos cuenta de que debe haber alguna manera para que los chorros sostengan el objeto – el gas que rodea la galaxia – y eso es lo que descubrimos en nuestras simulaciones por computadora», dijo Richards.
“El comportamiento inesperado se reveló cuando analizamos simulaciones por computadora de presión arterial alta y de permitir que el corazón lata.
«Esto envió una corriente de pulsos a los chorros de alta presión, haciendo que cambiaran de forma como resultado de la acción similar a un fuelle de los frentes de choque oscilantes del chorro».
Estos chorros de hiperpresión en realidad se expandieron «como pulmones llenos de aire», dijeron los investigadores.
Al hacerlo, transmitieron ondas sonoras a la galaxia circundante en forma de una serie de ondas de presión, que luego se demostró que suprimen el crecimiento de la galaxia.
Conclusión y perspectivas de futuro
Existe cierta evidencia de ondas en medios extragalácticos, como las observadas en el cercano cúmulo de galaxias de Perseo asociadas con enormes burbujas de gas caliente, que se cree que son ejemplos de ondas sonoras.
Ya se pensaba que estas ondas eran responsables del mantenimiento del medio ambiente alrededor de la galaxia, aunque no existía ningún mecanismo para generarlas.
En consecuencia, las simulaciones cosmológicas convencionales son incapaces de explicar los flujos de gas hacia las galaxias, lo que conduce a uno de los mayores misterios del universo, por lo que dependen del agujero negro altamente activo en el núcleo galáctico para proporcionar cierta resistencia.
El profesor Michael Smith, que participó en el estudio, dijo: «Hacer esto no es fácil y tenemos limitaciones en cuanto al tipo de pulso, el tamaño del agujero negro y la calidad de los pulmones».
«Respirar demasiado rápido o demasiado lento no proporcionará las vibraciones vitales necesarias para mantener el centro galáctico y, al mismo tiempo, mantener el núcleo alimentado».
Los investigadores concluyeron que la vida útil de la galaxia podría extenderse con la ayuda de su «corazón y pulmones», ya que el motor de agujero negro supermasivo en su núcleo ayuda a inhibir el crecimiento al limitar la cantidad de gas que colapsa en las estrellas desde una etapa temprana.
Dicen que esto ayudó a crear las galaxias que vemos hoy.
Sin tal mecanismo, las galaxias habrían agotado su combustible para entonces y habrían desaparecido, como hacen algunas como galaxias «muertas rojas» o «zombis».
Referencia: “Simulación de chorros de sobrepresión pulsados: formación de fuelles y ondas en entornos galácticos” por Carl Richards y Michael D. Smith, 12 de julio de 2024, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stae1498