Una investigación revela pistas entre los agujeros negros supermasivos y la evolución de las galaxias
En las últimas décadas, los científicos han descubierto que los agujeros negros supermasivos, con masas que oscilan entre millones y miles de millones de veces la de nuestro Sol, acechan en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea. Sorprendentemente, existen fuertes vínculos entre la masa de estos agujeros negros y la masa de las estrellas del bulbo central de la galaxia. Ello resulta intrigante porque la protuberancia estelar se extiende a distancias entre cien y mil veces superiores a la influencia directa del agujero negro. Financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto BiD4BEST se centró en un popular modelo que describe el crecimiento de los agujeros negros supermasivos en tres etapas: en primer lugar, el agujero negro crece rápidamente consumiendo gas en una galaxia polvorienta, rica en gas y con formación estelar. A continuación, una vez que se vuelve más masiva, emite potentes vientos que pueden detener la formación estelar eliminando o calentando el gas, regulando su propio crecimiento y estableciendo relaciones con su galaxia anfitriona. En última instancia, la galaxia pasa de ser polvorienta y emitir luz infrarroja a convertirse en un cuásar brillante, antes de desvanecerse finalmente en una galaxia de escasa formación estelar. Los investigadores compararon este modelo con los de «orientación», que sugieren que el aspecto de un agujero negro depende del ángulo de visión, especialmente si existe mucho polvo bloqueando la vista.
Desvelando la dinámica oculta de los núcleos galácticos activos
«Hemos catalogado muestras significativas de núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés) —agujeros negros supermasivos que consumen activamente material— desde su etapa inicial de crecimiento mediante observaciones en infrarrojos, radio y rayos X. Mediante análisis bayesianos avanzados en múltiples longitudes de onda, hemos identificado AGN escurridizos que incluso los estudios de rayos X más profundos pasarían por alto», destaca el coordinador del proyecto, Francesco Shankar. El equipo utilizó métodos óptimos de selección de AGN y algoritmos de ajuste de plantillas para detectar AGN oscurecidos en galaxias con gran formación estelar. La investigación de BiD4BEST tiene implicaciones fundamentales para los grandes sondeos, ya que ayuda a determinar la presencia de AGN y a restringir los modelos cosmológicos de coevolución de agujeros negros y galaxias. Los investigadores analizaron las características de la retroalimentación y la energía asociada a los flujos de salida de los AGN e identificaron aproximadamente mil doscientos candidatos de AGN en fase de retroalimentación con diferentes desplazamientos al rojo. Mediante datos del sondeo eROSITA, el equipo reunió la mayor muestra de campo de rayos X de AGN en fase de retroalimentación y creó cubos de datos espacialmente resueltos de las propiedades de la galaxia anfitriona.
Exploración de las fusiones de galaxias y la dinámica de los agujeros negros
Los investigadores utilizaron redes neuronales convolucionales para analizar la frecuencia con que las galaxias se fusionan en imágenes simuladas. Gracias a modelos semiempíricos y simulaciones hidrodinámicas, también examinaron la incidencia de los AGN en cúmulos de galaxias densamente agrupados y en entornos de campo más aislados. «Las simulaciones hidrodinámicas de alta resolución nos permitieron explorar la física del crecimiento de los agujeros negros y los mecanismos de retroalimentación como los vientos de AGN. Dichos modelos son ahora estándar para la modelización de la retroalimentación de los agujeros negros en las simulaciones actuales y futuras», afirma Shankar. «Nuestros nuevos métodos proporcionan una función de masa de agujero negro completa en todo el espectro de masas, relevante para los estudios cosmológicos, y ofrecen restricciones sobre la existencia de agujeros negros masivos en el universo temprano», añade Shankar. Los investigadores de BiD4BEST también han desarrollado un completo modelo semiempírico denominado «DECODE». Este modelo tiene como objetivo predecir varios observables clave relacionados con las fusiones de galaxias y agujeros negros supermasivos de forma autoconsistente, sirviendo como una herramienta inestimable para las instalaciones actuales y futuras, incluyendo LISA.
Palabras clave
BiD4BEST, galaxia, agujero negro supermasivo, simulaciones hidrodinámicas, núcleos galácticos activos, redes neuronales convolucionales
