Las radiogalaxias en forma de X podrían formarse de forma más sencilla de lo esperado, según un estudio
Una nueva investigación ha descubierto que las radiogalaxias en forma de X podrían formarse de forma más sencilla de lo esperado y ser más comunes de lo que se creía, según publican sus autores en la revista 'Astrophysical Journal Letters'.
Cuando los astrónomos utilizan radiotelescopios para contemplar el cielo nocturno, suelen ver galaxias de forma elíptica con chorros gemelos que salen a ambos lados de su agujero negro supermasivo central, pero de vez en cuando (menos del 10% de las veces) pueden ver algo una radiogalaxia en forma de X, con cuatro chorros que se extienden a lo largo del espacio.
Aunque estas misteriosas radiogalaxias en forma de X han confundido a los astrofísicos durante dos décadas, un nuevo estudio de la Universidad de Northwestern, en Estados Unidos, arroja nueva luz sobre cómo se forman, y es sorprendentemente sencillo, y también revela que las radiogalaxias en forma de X podrían ser más comunes de lo que se pensaba.
Se trata de la primera simulación de acreción de galaxias a gran escala que sigue el gas galáctico lejos del agujero negro supermasivo hasta llegar a él, resaltan los investigadores.
Mediante nuevas simulaciones, los astrofísicos de Northwestern implementaron condiciones sencillas para modelar la alimentación de un agujero negro supermasivo y la formación orgánica de sus chorros y su disco de acreción. Cuando los investigadores ejecutaron la simulación, las sencillas condiciones condujeron orgánica e inesperadamente a la formación de una radiogalaxia en forma de X.
Sorprendentemente, descubrieron que la característica forma de X de la galaxia era el resultado de la interacción entre los chorros y el gas que caía en el agujero negro.
Al principio de la simulación, el gas que entraba en el agujero negro desviaba los chorros recién formados, que se encendían y apagaban, se bamboleaban erráticamente e inflaban pares de cavidades en diferentes direcciones para parecerse a una forma de X. Sin embargo, finalmente los chorros adquirieron la fuerza suficiente para atravesar el gas. En ese momento, los chorros se estabilizaron, dejaron de tambalearse y se propagaron a lo largo de un eje.
"Descubrimos que, incluso con condiciones iniciales simétricas simples, se puede obtener un resultado bastante desordenado --explica Aretaios Lalakos, de la Northwestern, quien dirigió el estudio--. Una explicación popular de las radiogalaxias en forma de X es que dos galaxias chocan, haciendo que sus agujeros negros supermasivos se fusionen, lo que cambia el giro del agujero negro remanente y la dirección del chorro".
"Otra idea es que la forma del chorro se altera al interactuar con el gas a gran escala que envuelve a un agujero negro supermasivo aislado --prosigue--. Ahora, hemos revelado, por primera vez, que las radiogalaxias en forma de X pueden, de hecho, formarse de una manera mucho más simple".
Lalakos es estudiante de posgrado en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) y es asesorado por el coautor del artículo, Sasha Tchekhovskoy, profesor adjunto de física y astronomía en Northwestern y miembro clave del CIERA, y por Ore Gottlieb, becario postdoctoral del CIERA.
Aunque las radiogalaxias emiten luz visible, también abarcan grandes regiones de emisión de radio. Quizá la radiogalaxia más famosa sea M87, una de las galaxias más masivas del universo, que se popularizó aún más en 2019 cuando el telescopio Event Horizon tomó imágenes de su agujero negro supermasivo central. Reconocidas por primera vez en 1992, las radiogalaxias en forma de X representan menos del 10% de todas las radiogalaxias.
Cuando Lalakos se propuso modelar un agujero negro, no esperaba simular una galaxia en forma de X, sino que pretendía medir la cantidad de masa consumida por un agujero negro. Para ello introdujo en la simulación condiciones astronómicas sencillas y la dejó correr. Según recuerda, no reconoció inicialmente la importancia de la forma de X emergente, pero Tchekhovskoy sí y reaccionó con entusiasmo.
"Me dijo: '¡Amigo, esto es muy importante! Esto es una forma X' --recuerda Lalakos--. Y me contó que los astrónomos habían observado esto en la vida real y no sabían cómo se formaban. Lo creamos de una forma que nadie había especulado antes".
En simulaciones anteriores, otros astrofísicos han intentado crear artificialmente estructuras en forma de X para estudiar cómo surgen. Pero la simulación de Lalakos condujo orgánicamente a la forma de X.
"En mi simulación, intenté no asumir nada --reconoce Lalakos--. Normalmente, los investigadores ponen un agujero negro en el centro de una cuadrícula de simulación y colocan un gran disco gaseoso ya formado a su alrededor, y luego pueden añadir gas ambiental fuera del disco".
Según explica, en su estudio "la simulación comienza sin disco, pero pronto se forma uno a medida que el gas en rotación se acerca al agujero negro. Este disco alimenta entonces al agujero negro y crea chorros. Hice las suposiciones más simples posibles, por lo que el resultado fue una sorpresa. Es la primera vez que alguien ve una morfología en forma de X en simulaciones a partir de condiciones iniciales muy simples", añade.
Dado que la forma de X sólo surgió al principio de la simulación, hasta que los chorros se fortalecieron y estabilizaron, Lalakos cree que las radiogalaxias con forma de X podrían aparecer con más frecuencia, pero durar muy poco, en el universo de lo que se pensaba.
"Podrían surgir cada vez que el agujero negro recibe nuevo gas y comienza a comer de nuevo --comenta--. Así que podrían estar ocurriendo con frecuencia, pero podríamos no tener la suerte de verlas porque sólo ocurren mientras la potencia del chorro es demasiado débil para empujar el gas".
Ahora Lalakos planea seguir realizando simulaciones para comprender mejor cómo surgen estas formas X y espera experimentar con el tamaño de los discos de acreción y los giros de los agujeros negros centrales. En otras simulaciones, Lalakos incluyó discos de acreción casi inexistentes hasta extremadamente grandes, pero ninguno dio lugar a la elusiva forma de X.
"Para la mayor parte del universo, es imposible acercarse al centro y ver lo que ocurre muy cerca de un agujero negro --apunta Lalakos--. E incluso las cosas que podemos observar, estamos limitados por el tiempo. Si el agujero negro supermasivo ya está formado, no podemos observar su evolución porque la vida humana es demasiado corta. En la mayoría de los casos, nos basamos en simulaciones para entender lo que ocurre cerca de un agujero negro", concluye.
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