Saltando a través del aro: una nueva forma de explorar la conexión entre los agujeros negros y las galaxias

Fuente AAS/American Astronomical Society

Se cree que la mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo central, y estos agujeros negros desempeñan un papel crucial en la evolución de las galaxias. Existe una fuerte conexión entre las propiedades de una galaxia y su agujero negro central. Uno de los ejemplos más conocidos es la relación entre la masa del agujero negro y los movimientos aleatorios de las estrellas cerca del centro de la galaxia, medidos mediante una magnitud llamada dispersión de la velocidad estelar (denotada como σ). Esta conexión, conocida como la relación M-σ, se ha estudiado durante décadas y se utiliza a menudo para estimar la masa del agujero negro central de una galaxia.

Curiosamente, algunas galaxias parecen carecer de un agujero negro central. En muchos casos, las observaciones solo proporcionan un límite superior a la masa posible de cualquier agujero negro que pudiera existir. En el artículo de hoy, los autores estudian la relación M-σ con un nuevo enfoque estadístico para considerar galaxias que podrían no tener un agujero negro central y mejorar el cálculo de esta relación. Superando la barrera, al estilo bayesiano

Los autores utilizan un método estadístico denominado modelo bayesiano de barreras. Para actualizar nuestra comprensión, el modelado bayesiano combina creencias previas o suposiciones iniciales con nueva evidencia. El enfoque del modelo bayesiano de barreras aborda dos preguntas clave: primero, si es probable que una galaxia albergue un agujero negro central y, segundo, si lo alberga, cómo se relaciona la masa del agujero negro con la dispersión de la velocidad de la galaxia (σ). El modelo funciona en dos etapas. En la primera, denominada «la barrera», una regresión logística determina la probabilidad de que una galaxia tenga un agujero negro central. Si la galaxia supera esta barrera (es decir, es probable que albergue un agujero negro), la segunda utiliza una regresión lineal para establecer la relación entre la masa del agujero negro y la dispersión de la velocidad de la galaxia, analizada en una escala logarítmica.

El estudio examina una muestra de 244 galaxias donde la masa del agujero negro central se ha medido directamente o se ha estimado un límite superior. A partir del paso de regresión logística, los autores concluyen que las galaxias con σ > 126 km/s tienen una probabilidad del 99 % de albergar un agujero negro central. Este resultado sugiere que, si bien es casi seguro que las galaxias masivas contengan agujeros negros, las galaxias enanas más pequeñas tienen una probabilidad mucho menor de albergarlos.

Una correlación más pronunciada

El modelo de obstáculos revela una relación de M ∝ σ5.8 entre la masa del agujero negro y la dispersión de la velocidad, como se muestra en la Figura 1 (línea negra continua). Este resultado es más pronunciado que las correlaciones encontradas en estudios previos. La diferencia probablemente se deba a la inclusión por parte de los autores de límites superiores para las masas de los agujeros negros en su análisis del modelo de obstáculos. El modelo de obstáculos también predice varios agujeros negros submasivos en el rango de 101 a 105 masas solares, en comparación con otros estudios de modelos lineales. Este desplazamiento descendente en el rango de masas más bajas, en comparación con otros modelos, se observa en la Figura 1. Asimismo, el punto de inflexión entre agujeros negros submasivos y supermasivos se produce a una masa menor que la reportada previamente. Este desplazamiento se debe a la gestión de los límites superiores por parte del modelo de obstáculos en el paso de regresión logística, lo que arrastra la curva hacia abajo.

Los autores destacan que su modelo podría beneficiarse de mejores estimaciones de parámetros para el paso de obstáculo, lo que requiere un análisis más profundo de los límites superiores de las masas de los agujeros negros. También recomiendan explorar relaciones de escala alternativas para calcular las masas de los agujeros negros. Por ejemplo, se puede utilizar la relación más consolidada entre la masa del agujero negro y la masa estelar de la galaxia. La combinación de la masa estelar con los conocimientos del modelo de obstáculo sobre la relación M-σ podría proporcionar una comprensión aún más completa de la conexión entre agujeros negros y galaxias. Comprender esta conexión es fundamental para desentrañar cómo coevolucionan los agujeros negros y las galaxias.

Referencia

• Gabriel Sasseville et al. A Novel Approach to Understanding the Link between Supermassive Black Holes and Host Galaxies. The Astrophysical Journal, Volume 978, Number 1. DOI 10.3847/1538-4357/ad93d4