18 de septiembre de 2014

Una galaxia con sobrepeso

Existe una pequeña galaxia situada a unos 50 millones de años luz de distancia cuyo diámetro es de 300 años luz, esto es, unas 500 veces más pequeña que nuetra Vía Láctea. Su nombre: M60-UCD1. Pero a pesar de su tamaño, la cantidad de estrellas que alberga es bastante elevada: nada menos que 140 millones. Esto la convierte en una galaxia enana ultra compacta (UCD, Ultra Compact Dwarf), que en este caso es la galaxia más densa jamás observada.

De hecho, si viviéramos dentro de esta galaxia, el cielo nocturno nos deslumbraría ya que contemplaríamos un cielo plagado de aproximadamente un millón de estrellas visibles a simple vista, frente a las 4.000 que vemos en la Tierra en una buena noche.

Imagen 1: Aspecto de amplio campo que muestra el conjunto Arp 116 centrado. Se aprecia la galaxia elíptica M60 y la espiral NGC 4647. Créditos:NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2 (Agradecimientos: Davide De Martin).

El problema está en la masa

A pesar de su gran número de estrellas, las galaxias UCD parecen ser más masivas de lo que deberían. Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha hecho un descubrimiento que puede explicar porqué. La clave puede estar en el centro de M60-UCD1, donde se esconde un agujero negro supermasivo cuya masa es de 20 millones de soles.

Imagen 2: Aspecto de la galaxia enana ultracompacta M60-UCD1 tomada por el Hubble. Créditos: NASA, ESA and A. Seth (University of Utah, USA).

"Sabemos desde hace tiempo que muchas galaxias UCD tienen sobrepeso", comenta Steffen Mieske del ESO en Chile. "Ya habíamos publicado un estudio que sugería que este sobrepeso podría provenir de la presencia de agujeros negros supermasivos, pero sólo era una teoría", explica Mieske. "Al estudiar el movimiento de las estrellas en M60-UCD1, hemos detectado los efectos de un agujero negro en su centro. Es un resultado muy emocionante y queremos saber cuántas galaxias UCD pueden albergar estos objetos", concluye.

Un agujero muy grande

El agujero negro supermasivo de M60-UCD1 supone el 15 por ciento de la masa total de la galaxia. Comparándolo con el que tiene la Vía Láctea, el de M60-UCD1 es 5 veces más masivo. "A pesar de que el agujero negro en el centro de nuestra galaxia tiene la masa de 4 millones de Soles, su contribución de masa es inferior al 0,01 por ciento de la masa total de la Vía Láctea. Así te das cuenta de lo importante que es el agujero negro de M60-UCD1", explica Anil Seth, de la University of Utah (Estados Unidos) y autora principal del artículo publicado en Nature explicando los resultados.

El equipo descubrió el agujero negro supermasivo de M60-UCD1 utilizando el Hubble Space Telescope (NASA/ESA) y el telescopio de 8 metros óptico e infrarrojo de Gemini North en Mauna Kea (Estados Unidos). Las imágenes del Hubble proporcionan información detallada sobre la densidad estelar de la galaxia y su diámetro, mientras que el Gemini North se usó para medir el movimiento de las estrellas en la galaxia, mostrando que se veían afectadas por la atracción gravitatoria del agujero negro. Gracias a estos movimientos se pudo calcular la masa del agujero negro.

Más agujeros que antes

Este hallazgo tiene importantes conclusiones, ya que podría haber una población de agujeros negros mucho más alta de lo que se pensaba. De hecho, ahora los astrónomos predicen que en el universo conocido podría haber incluso el doble de agujeros negros de lo estimado.

Además, los resultados podrían afectar a las teorías sobre cómo se forman las galaxias UCD. "Este hallazgo sugiere que las galaxias enanas pueden ser en realidad los restos desnudos de galaxias más grandes que fueron destrozadas en colisiones con otras galaxias", explica Seth. "No sabemos ninguna otra forma en la que se pudiera formar un agujero negro tan grande en un objeto tan pequeño", añade.

Una explicación para la galaxia M60-UCD1 sería que una vez fue una gran galaxia que contendría unas 10 mil millones de estrellas y un agujero negro supermasivo del mismo tamaño que el actual. "Esta galaxia pudo haber pasado demasiado cerca del centro de Messier 60, una galaxia una vecina mucho más grande", explica Remco van den Bosch del Max Planck Institute for Astronomy en Heidelberg (Alemania)y coautor del artículo. "En ese proceso, la parte exterior de la galaxia habría sido arrancada, pasando a formar parte de Messier 60, dejando sólo la galaxia pequeña y compacta que vemos ahora", añade.

Imagen 3: El Hubble nos muestra la galaxia elíptica masiva Messier 60. En la imagen se recuadra y amplía la galaxia enana M60-UDC1 que orbita alrededor de la gigante elíptica. Créditos: NASA, ESA and A. Seth (University of Utah, USA).

La galaxia enana en realidad puede ser el remanente despojado de una galaxia más grande que fue destrozada durante un encuentro cercano con Messier 60 La evidencia circunstancial para este viene del reciente descubrimiento de un agujero negro monstruo, que no es visible en esta imagen, en la centro de la enana. El agujero negro representa el 15 por ciento de la masa de la galaxia entera, por lo que es demasiado grande para haber formado dentro de una galaxia enana.

Imagen 4: Aspecto del conjunto Arp 116, compuesto por la galaxia elíptica gigante (M60), una galaxia espiral más pequeña (NGC 4647) y la galaxia enana ultra compacta M60-UCD1. Créditos: NASA, ESA and the Hubble Heritage(STScI/AURA).

El equipo cree que M60-UDC1 podría fusionarse con M60 algún día y formar una sola galaxia. El caso es que Messier 60 también tiene un agujero negro supermasivo monstruoso tan masivo como 4,5 mil millones de veces nuestro Sol y más de 1000 veces que el de la Vía Láctea. Por tanto, una fusión entre las dos galaxias haría que los agujeros negros se fusionasen creando un agujero hipermasivo.
Los resultados de esta investigación han sido publicados el 18 de septiembre en la revista Nature bajo el título "A supermassive black hole in an ultra-compact dwarf galaxy".

El equipo internacional de astrónomos que ha realizado el estudio está compuesto por A.C. Seth (University of Utah, Estados Unidos); R. van den Bosch (Max Planck Institute for Astronomy, Alemania); S. Mieske (European Southern Observatory, Chile); H. Baumgardt (University of Queensland, Australia); M. den Brok (University of Utah, Estados Unidos); J. Strader (Michigan State University, Estados Unidos); N. Neumayer (European Southern Observatory, Alemania); I. Chilingarian (Smithsonian Astrophysical Observatory, Estados Unidos; Moscow State University, Rusia); M. Hilker (European Southern Observatory, Alemania); R. McDermid (Australian Astronomical Observatory, Australia; Macquarie University, Australia); L. Spitler (Australian Astronomical Observatory, Australia; Macquarie University, Australia); J. Brodie (University of California, Estados Unidos); M. J. Frank (Heidelberg University, Alemania); J. L. Walsh (The University of Texas en Austin, Estados Unidos).
Imágenes 2, 3 y 4: Composición creada a partir de imágenes tomadas por los instrumentos WFPC2 (Wide-Field Planetary Camera 2) y ACS (Advanced Camera for Surveys) del Hubble Space Telescopes con los siguientes filtros:
Banda Óptica (filtro V: 555 nm - WFPC2)
Banda Óptica (filtro B: 475 nm - ACS)
Banda Infrarroja (filtro Z: 850 nm - ACS)
Banda Infrarroja (filtro I: 815 nm - WFPC2)

Artículo científico: 

Nota de prensa: 

Referencias:
- ESO.

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