Estudiando gas y agujeros negros en galaxias compactas

Los Agujeros Negros Supermasivos (SMBH) se encuentran en el centro de muchas galaxias. Pueden crecer al atraer gas de su entorno y también pueden influir en sus galaxias anfitrionas de varias maneras. Este estudio investiga cómo los SMBH se alimentan de gas y qué efectos tienen en un tipo específico de galaxia conocida como galaxia compacta. Las Galaxias Compactas son más pequeñas en tamaño pero tienen una gran cantidad de estrellas agrupadas en ellas.

#Galaxias Compactas vs. Galaxias de Referencia

En esta investigación, nos enfocamos en una galaxia compacta y la comparamos con una galaxia elíptica típica. La galaxia compacta tiene un pequeño radio efectivo, lo que significa que está más densamente empaquetada, pero tiene una gran masa estelar. El objetivo es entender cómo los procesos de alimentación y retroalimentación difieren en estos dos tipos de galaxias. Las simulaciones se ejecutaron durante 10 mil millones de años (Gyr), lo que nos permite observar el comportamiento a largo plazo del gas, la Formación de Estrellas y la actividad del agujero negro.

#Hallazgos sobre el Comportamiento del Gas

Nuestras simulaciones muestran que alrededor del 10% del tiempo, la galaxia compacta tiene gas de múltiples fases dentro de unos pocos kiloparsecs (kpc). Sin embargo, el gas que fluye hacia el agujero negro siempre es de una sola fase. Este flujo de fase única ocurre porque cualquier gas más frío se mezcla de nuevo con el gas más caliente antes de llegar al agujero negro. La tasa de entrada de gas en la galaxia compacta es varias veces mayor que la de la galaxia de referencia. Esto se debe principalmente a la mayor densidad de gas causada por la distribución compacta de las estrellas.

Las tasas de entrada más altas conducen a una mayor alimentación del SMBH y a efectos de retroalimentación más fuertes. La galaxia compacta muestra una gran estructura en forma de fuente de gas fluyendo hacia dentro y hacia fuera. En contraste, la galaxia de referencia tiene un flujo de Salida más suave. La diferencia es más notable en las tasas de formación de estrellas, donde la galaxia compacta es unas 100 veces más activa que la galaxia de referencia, aunque ambas se clasifican como de baja actividad en formación estelar en general.

#Rol de los Agujeros Negros Supermasivos

El estudio indica que los SMBH juegan un papel importante en mantener el estado tranquilo de las galaxias elípticas masivas. La retroalimentación de estos agujeros negros ayuda a regular la formación de estrellas y otros procesos dentro de las galaxias. Estudios previos se centraron principalmente en galaxias elípticas típicas, dejando un vacío en la comprensión de cómo funcionan los SMBH en galaxias compactas. En este estudio, investigamos cómo la alimentación y la retroalimentación del SMBH operan en una galaxia compacta aislada, proporcionando datos importantes sobre esta área menos conocida.

#El Marco MACER

Se utilizó el marco MACER para llevar a cabo simulaciones de alta resolución. Este marco está diseñado para estudiar la evolución de las galaxias elípticas mientras se presta especial atención al papel de los núcleos galácticos activos (AGN) y sus efectos de retroalimentación. Las simulaciones emplearon una configuración específica que permite un alto detalle, especialmente en escalas más pequeñas cerca del agujero negro.

Las simulaciones se realizaron de manera que consideran la dinámica del gas desde grandes escalas galácticas hasta el radio de Bondi, un punto crítico donde el gas comienza a fluir hacia un agujero negro. Al adoptar modelos de física realistas relacionados con la acreción de agujeros negros, podemos entender mejor cómo se comporta el gas y cómo interactúa con el agujero negro.

#Mecanismo de Formación Estelar

La formación de estrellas en estas galaxias es impulsada principalmente por el gas proporcionado a través de la evolución estelar. Las estrellas pierden masa con el tiempo, contribuyendo con gas al medio interestelar. El estudio se centra en entender cómo esta densidad de gas juega un papel en el proceso de formación de estrellas y en la dinámica general de la galaxia.

A pesar de las mayores densidades de gas en la galaxia compacta, las tasas de formación de estrellas siguen siendo bajas, lo que sugiere que incluso en este entorno más activo, no se están formando estrellas a un ritmo elevado. La investigación presta especial atención a los factores ambientales que contribuyen a este resultado.

#Crecimiento de la Masa del Agujero Negro

Uno de los resultados significativos de la simulación es el crecimiento de la masa del SMBH. En la galaxia compacta, la masa del agujero negro aumenta alrededor del 50% durante la simulación. En comparación, la galaxia de referencia solo ve un crecimiento del 3% en la masa del agujero negro. Esta diferencia significativa subraya el intenso proceso de alimentación que ocurre en las galaxias compactas, impulsado por sus mayores tasas de entrada de gas.

#Flujo de Salida e Interacción del Gas

El estudio también examina el flujo de salida de gas del SMBH y su interacción con el entorno circundante. En ambas galaxias, los flujos de gas se dirigen en un patrón en forma de fuente, con flujos de salida que ocurren principalmente en las regiones polares. La galaxia compacta presenta un flujo de salida más fuerte debido a las mayores tasas de acreción, lo que lleva a un aumento en las velocidades del gas.

Los resultados indican que el gas en la galaxia compacta se mueve más rápido que en la galaxia de referencia. Esta diferencia se puede probar a través de métodos observacionales, ya que los próximos instrumentos de alta resolución permitirán mejores mediciones del movimiento y comportamiento del gas.

#Conclusión

Las simulaciones de alta resolución revelan que la dinámica del comportamiento del gas y los procesos de formación de estrellas difieren significativamente entre galaxias compactas y galaxias de referencia. La galaxia compacta exhibe una mayor entrada de gas, lo que lleva a una alimentación más vigorosa del SMBH. Incluso con esta actividad aumentada, ambos tipos de galaxias siguen siendo relativamente tranquilas en términos de formación estelar.

La retroalimentación del SMBH afecta la estructura y el comportamiento general de la galaxia. La galaxia compacta muestra un patrón de entrada-salida más fuerte y complejo en comparación con la galaxia de referencia. Estos hallazgos ayudan a expandir nuestra comprensión de la evolución galáctica y los roles que juegan los SMBH, especialmente dentro de galaxias compactas. Se necesitan más estudios para explorar estas dinámicas con mayor detalle y validar las predicciones realizadas a través de simulaciones con observaciones del mundo real.