16 de octubre de 2013
Dos equipos internacionales de astrónomos han utilizado las capacidades de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudiar en detalle los chorros que emiten los enormes agujeros negros del centro de las galaxias y observar cómo afectan a su entorno. Han logrado, por un lado, la mejor imagen obtenida hasta el momento del gas molecular que rodea a un agujero negro cercano y poco activo y, por otro, han captado un inesperado destello de la base de un potente chorro cercano a un agujero negro distante.
En el centro de casi todas las galaxias del universo hay agujeros negros supermasivos — con masas de más miles de millones de veces la masa del Sol —, incluso en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. En un pasado remoto, estos extraños objetos eran muy activos, engullendo enormes cantidades de material de sus alrededores, resplandeciendo con un brillo cegador y eyectando diminutas fracciones de esa materia a través de chorros extremadamente potentes. En el universo actual, la mayor parte de los agujeros negros supermasivos son mucho menos activos que en su juventud, pero la interacción entre los chorros y su entorno aún sigue moldeando a las galaxias.
Dos nuevos estudios publicados hoy en la revista Astronomy & Astrophysics, han utilizado ALMA para sondear los chorros de los agujeros negros a escalas muy diferentes: un agujero negro cercano y relativamente tranquilo en la galaxia NGC 1433 y un objeto muy distante y activo llamado PKS 1830-211.
"ALMA ha revelado la existencia de una sorprendente estructura espiral en el gas molecular cercano al centro de NGC 1433," afirma Françoise Combes (Observatorio de París, Francia), autora principal del primer artículo. "Esto explica cómo fluye el material hacia el interior para alimentar al agujero negro. Con estas nuevas y precisas observaciones de ALMA hemos descubierto un chorro de material que fluye fuera del agujero negro, extendiéndose solo unos 150 años luz. Es el chorro molecular de este tipo más pequeño observado hasta ahora en una galaxia externa".
El descubrimiento de este chorro, que está siendo arrastrado junto con el chorro desde el agujero negro central, muestra cómo este tipo de chorros pueden frenar la formación estelar y regular el crecimiento de los bulbos centrales de las galaxias [1].
En PKS 1830-211, Ivan Martí-Vidal (Universidad Chalmers de Tecnología, Observatorio Espacial de Onsala, Onsala, Suecia) y su equipo también han observado y agujero negro supermasivo con un chorro, pero este es mucho más brillante y activo y se encuentra en el Universo temprano [2]. Esto resulta inusual ya que su brillante luz, en su camino hacia la Tierra, topa con una galaxia masiva, dividiéndose en dos imágenes debido a la lente gravitatoria [3].
De vez en cuando, de repente los agujeros negros supermasivos engullen una gran cantidad de masa [4], lo que aumenta la potencia de los chorros y provoca que la radiación aumente a las energías más altas. Ahora, ALMA ha captado, por casualidad, uno de estos eventos en PKS 1830-211.
"Observar con ALMA este caso de “indigestión” de un agujero negro ha sido totalmente casual. Estábamos observando PKS 1830-211 con otros fines y entonces detectamos sutiles cambios de color e intensidad en las lentes gravitatorias. Tras estudiar con detalle este comportamiento inesperado llegamos a la conclusión de que estábamos observando, por un golpe de suerte, en el momento adecuado, justo cuando nueva materia fresca entraba en la base del chorro del agujero negro", afirma Sebastien Muller, uno de los coautores del segundo artículo.
El equipo también quiso saber si este violento evento fue captado por otros telescopios y se sorprendieron al detectar una clara señal en rayos gamma gracias a las observaciones de monitorización del satélite Fermi-LAT. El proceso que causó el aumento de radiación en longitudes de onda largas, captadas por ALMA, fue también el responsable del gran aumento de brillo en el chorro, alcanzando las energías más altas que pueden obtenerse en el Universo [5].
"Es la primera vez que se establece una conexión tan evidente entre los rayos gamma y las ondas de radio submilimétricas partiendo de la observación del chorro de un agujero negro", añade Sebastien Muller.
Las dos nuevas observaciones son solo el inicio de las investigaciones de ALMA en torno a los trabajos relacionados con los chorros de agujeros negros supermasivos, tanto cercanos como distantes. El equipo de Combes ya está estudiando otras galaxias activas cercanas con ALMA, y se espera que el singular objeto PKS 1830-211 sea el centro de muchas otras investigaciones futuras con ALMA y otros telescopios.
"Aún queda mucho por conocer acerca de cómo los agujeros negros pueden crear esos enormes y energéticos chorros de materia y radiación", concluye Ivan Martí-Vidal. “Pero los nuevos resultados, obtenidos incluso antes de que se completara la construcción de ALMA, muestran que es una potente herramienta, única para sondear estos chorros — ¡y los descubrimientos no han hecho más que empezar!".
Notas
[1] Este procesos, denominado retroalimentación (feedback en inglés), puede explicar la misteriosa relación entre la masa de un agujero negro en el centro de una galaxia y la masa del bulbo que lo rodea. El agujero negro acreta gas y crece de forma más activa, pero entonces produce chorros que limpian de gas las regiones circundantes y frenan la formación estelar, parándola.
[2] PKS 1830-211 tiene un desplazamiento al rojo de 2.5, lo cual significa que su luz ha tenido que viajar unos 11 billones de años antes de llegar hasta nosotros. La luz que vemos fue emitida cuando el Universo tenía tan solo un 20% de su edad actual. Haciendo una comparación, la luz de NGC 1433 solo tarda unos 30 millones de años en alcanzar la Tierra, un tiempo muy corto en términos galácticos.
[3] La teoría de la Relatividad General de Einstein predice que los rayos de luz se desviarán al pasar cerca de un objeto masivo como una galaxia. Este efecto se denomina lente gravitatoria y, desde su primera confirmación en 1979, se han descubierto numerosos efectos de lente gravitatoria. La lente puede crear múltiples imágenes además de distorsionar y aumentar las fuentes de luz del fondo.
[4] El material que cae podría ser una estrella o una nube molecular. Este tipo de evento, con una nube cayendo, ya ha sido observado en el centro de la Vía Láctea (eso1151, eso1332).
[5] Esta energía se emite como rayos gamma, la longitud de onda más corta y la energía más potente en forma de radiación electromagnética.
Enlaces
Artículos científicos: Combes et al. & Marti-Vidal et al.
Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1344.
Imágenes
Composición de la galaxia NGC 1433 con imágenes de ALMA y Hubble
Esta detallada visión muestra las partes centrales de la galaxia activa cercana NGC 1433. La imagen con el tenue fondo azul, que muestra los rastros de polvo centrales de esta galaxia, procede del telescopio espacial Hubble de NASA/ESA. Las estructuras de colores cercanas al centro fueron obtenidas con observaciones recientes de ALMA que han revelado, por primera vez, una forma espiral, así como un inesperado chorro.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes Imagen eso1344a
La galaxia activa distante PKS 1830-211 por Hubble y ALMA
En esta imagen del telescopio espacial Hubble de NASA/ESA podemos ver la galaxia activa distante PKG 1830-211. Se muestra como un objeto ordinario parecido a una estrella, difícil de distinguir entre las verdaderas estrellas, mucho más cercanas, que hay en esta imagen. Recientes observaciones de ALMA muestran los dos componentes de esta lejana lente gravitatoria, que en esta composición de imágenes está marcada en rojo.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/I. Martí-Vidal Imagen eso1344b
La cercana galaxia activa NGC 1433 por ALMA y Hubble
La imagen principal, que muestra a la galaxia activa cercana NGC 1433, fue obtenida con el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA. Las estructuras de colores cercanas al centro (destacadas en el recuadro) fueron obtenidas con observaciones recientes de ALMA que han revelado, por primera vez, una forma espiral, así como un inesperado chorro.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes Imagen eso1344c
Gas molecular en el centro de NGC1433 visto por ALMA
Esta imagen de ALMA muestra la distribución del gas molecular cercano al agujero negro supermasivo situado en el centro de la galaxia NGC 1433. Al tiempo que han descubierto una estructura espiral, las observaciones de ALMA también han revelado un pequeño e inesperado chorro de material procedente del agujero negro central.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/F. Combes Imagen eso1344d
Visión de amplio campo de la galaxia NGC1433
Esta imagen de amplio campo muestra el trozo de cielo que rodea a la galaxia NGC 1433. Esta imagen fue creada a partir de fotografías que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. La destacada estrella roja a la izquierda de la galaxia es HD 23719, que brilla lo suficiente como para poder distinguirla a simple vista en una noche oscura.
Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin Imagen eso1344e
Visión de amplio campo de la región del cielo que rodea a la galaxia activa distante PKS 1830-211
Esta imagen de amplio campo muestra el trozo de cielo que rodea a la galaxia activa distante PKS 1830-211. Fue creada a partir de fotografías que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Esta parte del cielo, en la constelación de Sagitario (El arquero) está cerca de las regiones centrales de la Vía Láctea y tiene muchas estrellas. La remota galaxia se encuentra en el centro de la imagen, perdida entre estrellas de nuestra propia galaxia, mucho más cercanas.
Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin Imagen eso1344f
Videos
Acercándonos a la galaxia activa NGC 1433
Esta secuencia de vídeo comienza con una visión de amplio campo del cielo austral, acercándose después a la débil constelación de Horologium (El reloj). Cuando nos acercamos aún más comenzamos a ver una sorprendente galaxia espiral conocida como NGC 1433. La parte central de esta galaxia alberga un agujero negro supermasivo y observaciones de su entorno, llevadas a cabo con ALMA, han revelado tanto una estructura espiral del gas molecular como un nuevo chorro de material.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/F. Combes/A. Fujii & NASA/ESA Video eso1344a
Acercándonos a la galaxia activa distante PKS 1830-211
Esta secuencia de vídeo comienza con una amplia visión de la zona austral de la Vía Láctea y va acercándose a una región cercana al centro de la galaxia. Cuando nos acercamos aún más comenzamos a ver un gran número de estrellas y, aparentemente acurrucada entre ellas, pero mucho más lejos en realidad, puede verse la remota galaxia activa PKS 1830-211. Este inusual objeto sufre el efecto de lente gravitatoria producido por una galaxia más cercana y aparece dividida en dos partes, tal y como apreciamos en las observaciones de ALMA que pueden verse en rojo en las secuencias finales.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/I. Martí-Vidal/Nick Risinger (skysurvey.org) & NASA/ESA Video eso1344b
Impresión artística de las observaciones de ALMA de un agujero negro supermasivo con efecto de lente gravitatoria
Esta representación artística muestra el efecto de lente gravitatoria sobre el agujero negro PKS1830-211 y los repentinos resplandores vistos con ALMA cuando el material entra en la base del chorro, cerca del propio agujero negro. El color naranja se asigna al chorro visto en ondas de radio; el verde, azul y rojo, son las imágenes (cambiando) vistas por ALMA y los flashes blancos representan los rayos gamma.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/I. Martí-Vidal/MERLIN (University of Manchester, Jodrell Bank Observatory, STFC) Video eso1344c
