Los agujeros negros son lo más parecido que tenemos a los monstruos mitológicos: la advertencia «aquí hay dragones» de nuestros mapas cosmológicos. Los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias merecen una atención especial. Son las anclas increíblemente masivas de cientos de miles de millones de sistemas solares en nuestra galaxia y otras.

Pero no todas las comunidades interestelares están creciendo. Algunas son galaxias «apagadas» donde la formación estelar parece haberse detenido. Por qué y cómo sucede esto ha frustrado a los astrónomos y astrofísicos durante 20 años. Un estudio publicado recientemente deja claro que el factor más importante en el núcleo de estas galaxias y la fuerza sobrenatural de los agujeros negros reside en su masa.

Triturar los trozos en sopa interestelar

La astrónoma de la Universidad de Cambridge, Joanna Piotrowska, autora principal del estudio, explica que a pesar de las complejidades de los agujeros negros, las galaxias y la astrofísica en general, solo hay dos formas básicas en que una galaxia puede borrar estrellas: o algo corta su suministro de gas, o algo está evitando que se acumule gas.

Hay tres teorías dominantes sobre cómo sucede esto. Todo tiene que ver con la masa. La primera, las explosiones de supernovas, se basa en la masa de las estrellas de la galaxia: explosiones de supernovas. Esencialmente, según la teoría, las estrellas en explosión expulsan polvo de la galaxia, dejándola inutilizable para la formación de estrellas. Aún así, las supernovas son las más débiles de las tres opciones, y no tienen el poder de arrojar polvo cósmico completamente fuera de su alcance.

El siguiente es el calentamiento de choque de halo. Cuando un agujero negro atrae material, ese material es esencialmente forzado a través del halo de material que ya lo rodea. Esta fricción genera enormes cantidades de energía, calentando el halo y manteniéndolo flotante. Según la teoría, cuanto más material se atrae, o cuanto más se acumula, más se debe borrar una galaxia, lo que debería aumentar la masa del halo alrededor del agujero negro.

La teoría final es muy simple. Una vez que los agujeros negros son lo suficientemente masivos, se convierten en los llamados núcleos galácticos activos, pequeñas regiones en el centro que emiten enormes cantidades de energía lo suficientemente fuertes como para lanzar chorros de viento y polvo a su alrededor. Su gravedad inyecta enormes cantidades de turbulencia y calor en el gas circundante, evitando que el gas se condense y colapse en estrellas. Al igual que una bola de sujeción, golpee con suficiente fuerza para que permanezca en el aire en lugar de caer contra la barra. Piotrowska y el coautor Asa Bluck siguen esta teoría en su investigación.

Un paseo por un bosque aleatorio

Para probar esta teoría, los investigadores combinaron observaciones cosmológicas del Sloan Digital Sky Survey con tres simulaciones cosmológicas – EAGLE, Illustris e IllustrisTNG – que les permitieron analizar la friolera de 200.000 galaxias. Observaron las galaxias centrales (aquellas en el corazón de los supercúmulos galácticos) y utilizaron un método de aprendizaje automático llamado «bosque aleatorio» para analizarlas.

En su análisis, los científicos introdujeron los parámetros de cada una de estas tres teorías en un algoritmo y luego le pidieron al programa de aprendizaje automático que usara esos parámetros e intentara replicar los resultados observados. Debido a que el programa es más simple, «pudieron descubrir exactamente qué estaba haciendo y por qué», dice Bluck. El problema con los métodos de aprendizaje automático más complejos es que es muy difícil entender cómo encuentran las respuestas. «En términos de simplicidad, siempre quieres lo más simple que resuelva el problema», dice. “No queríamos dar en el clavo con una bomba nuclear; usamos un martillo”. Los resultados son agradablemente claros, dice Piotroska. «La conclusión es [the theory of] La masa del agujero negro supera a los otros parámetros muchas veces”.

«Hasta donde yo sé», agrega, «esta es la demostración más obvia y metodológicamente convincente de que los agujeros negros supermasivos están interrumpiendo la formación estelar en galaxias masivas».

El estudiante graduado de la Universidad Northwestern, Alex Gurvich, que se especializa en el uso de simulaciones para estudiar las interacciones entre la retroalimentación estelar y la formación de estrellas y no participó en este estudio, está de acuerdo. Él dice que la investigación está ayudando a resolver un misterio de larga data en astronomía, donde una de las principales teorías ha sido que la acumulación de agujeros negros debería ser la única. porque de extinción, y cuanto más rápido se acumula un agujero negro, más rápido debería extinguirse. Pero hay «observaciones confusas», dice, «en las que la formación de estrellas está apagada pero no se produce la acumulación». Y viceversa: tiene lugar la formación estelar, pero también la acumulación. ¿Por qué no se ha apagado todavía?” La pregunta sugiere la idea de que la masa total del agujero negro, en lugar de la acumulación en un momento dado, es más importante para apagar la formación estelar. Y este documento, dice, lo logró, llamándolo «un paso adelante no solo para el campo sino también para su metodología».

Para Bluck, el enfoque de aprendizaje automático iniciado por Piotrowski ayudó a los científicos a evitar la trampa de confundir la correlación con la causalidad. (En otras palabras, fueron capaces de mostrar definitivamente el tamaño masivo de una galaxia latahacer que detenga la formación de estrellas.) “Al combinar estas dos cosas, vamos más allá de la correlación [between supermassive galaxies and star-quenching] y acercarse a la causalidad”, dice Blu. «Y teniendo en cuenta que estas cosas a veces están a miles de millones de años luz de distancia, la sensación de poder decir algo definitivo sobre la causalidad es increíble».



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