ALMA observa chorro en galaxia infrarroja ultraluminosa

2 febrero, 2018

Artículo Científico

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos observó por primera vez un chorro emanado de uno de los núcleos de Arp 220, la galaxia infrarroja ultraluminosa más cercana a la Tierra, como consecuencia de la colisión de dos galaxias que están en proceso de fusión. Los astrónomos ya habían estudiado este objeto en detalle, pero con gran dificultad debido a lo compacto y opaco que es. Ahora, ALMA permitió observar el chorro proveniente de uno de sus núcleos en tres dimensiones, es decir, con información espacial y datos espaciales bidimensionales. Los detalles de la investigación se consignaron en un artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal.

Imagen de los núcleos de Arp 220 generada por ALMA. Los dos núcleos (en amarillo) opacados por el polvo en longitudes de onda visibles, fueron observados con ALMA. El equipo de investigación detectó un chorro bipolar emanado del núcleo occidental y calculó su velocidad. En rojo se aprecia la sección norte del chorro, donde las partículas se desplazan en sentido opuesto a la Tierra. En azul se aprecia la sección sur, donde las partículas se desplazan hacia la Tierra. Créditos: L. Barcos-Muñoz, N. Lira, J. Pinto - ALMA (NRAO/NAOJ/ESO)

Imagen de los núcleos de Arp 220 generada por ALMA. Los dos núcleos (en amarillo) opacados por el polvo en longitudes de onda visibles, fueron observados con ALMA. El equipo de investigación detectó un chorro bipolar emanado del núcleo occidental y calculó su velocidad. En rojo se aprecia la sección norte del chorro, donde las partículas se desplazan en sentido opuesto a la Tierra. En azul se aprecia la sección sur, donde las partículas se desplazan hacia la Tierra. Créditos: L. Barcos-Muñoz, N. Lira, J. Pinto – ALMA (NRAO/NAOJ/ESO)

Aunque los astrónomos ya habían detectado la presencia de un chorro en Arp 220, esta es la primera vez que se obtuvo una imagen del fenómeno y se determinaron sus características cinemáticas y morfológicas. Y en vez de una morfología de gran ángulo como la que se esperaba, se observó un chorro colimado. Con este hallazgo, ahora se puede comenzar a estudiar chorros extragalácticos a escalas de 100 pc, y de esa forma revelar los procesos de retroalimentación en estos centros galácticos.

Imagen de los núcleos de Arp 220 generada con ALMA superpuesta a una imagen del telescopio espacial Hubble. Los dos núcleos (en amarillo), opacados por el polvo en longitudes de onda visibles, fueron observados con ALMA. El equipo de investigación detectó un chorro bipolar emanado del núcleo occidental y calculó su velocidad. En rojo se aprecia la sección norte del chorro, donde las partículas se desplazan en sentido opuesto a la Tierra. En azul se aprecia la sección sur, donde las partículas se desplazan hacia la Tierra. Créditos: L. Barcos-Muñoz, N. Lira, J. Pinto - ALMA (NRAO/NAOJ/ESO) / telescopio espacial Hubble - (NASA/ESA)

Imagen de los núcleos de Arp 220 generada con ALMA superpuesta a una imagen del telescopio espacial Hubble. Los dos núcleos (en amarillo), opacados por el polvo en longitudes de onda visibles, fueron observados con ALMA. El equipo de investigación detectó un chorro bipolar emanado del núcleo occidental y calculó su velocidad. En rojo se aprecia la sección norte del chorro, donde las partículas se desplazan en sentido opuesto a la Tierra. En azul se aprecia la sección sur, donde las partículas se desplazan hacia la Tierra. Créditos: L. Barcos-Muñoz, N. Lira, J. Pinto – ALMA (NRAO/NAOJ/ESO) / telescopio espacial Hubble – (NASA/ESA)

“Gracias a la longitud de onda en la que observa ALMA y a su alta sensibilidad y resolución, pudimos observar el interior de este centro galáctico tan compacto y lleno de polvo”, celebra Loreto Barcos-Muñoz, investigadora de posdoctorado del Observatorio ALMA e investigadora principal de este estudio. “Confirmamos la presencia de un chorro y obtuvimos una imagen detallada de su morfología y de su velocidad al mismo tiempo”.

Las nuevas observaciones de ALMA revelaron un chorro bipolar, veloz y colimado que emana del núcleo occidental de Arp 220. El material que sale del núcleo a través del chorro tiene una velocidad máxima de 840 km/s. Según Loreto Barcos-Muñoz, una explicación para la existencia de este chorro podría ser la energía emanada de supernovas sumada a transferencias de impulso, la retroalimentación de presión de radiación y la existencia de un núcleo galáctico activo en el centro.

Otro hallazgo que sorprendió a los astrónomos es que el chorro es más brillante en HCN que en CO, mientras lo opuesto suele ser más común en la mayoría de los chorros extragalácticos detectados a la fecha. Ahora se necesitan más observaciones para determinar el origen de este comportamiento, aunque este hallazgo ya permite cuestionar los conocimientos actuales sobre las propiedades gaseosas de los chorros extragalácticos.

Arp 220 parece ser una galaxia extraña, pero en realidad es un ejemplo cercano de lo que sucede justo después de una colisión entre dos galaxias espirales. Es la más brillante de las tres fusiones galácticas más cercanas a la Tierra, y se ubica a 250 millones de años luz, en la constelación de la Serpiente. La colisión, que empezó hace unos 700 millones de años, desató un vertiginoso brote de formación estelar que dio origen a enormes cúmulos estelares en una región compacta y llena de polvo de unos 5.000 años luz de extensión (cerca del 5 % del diámetro de la Vía Láctea). La cantidad de gas presente en esta diminuta región es igual a la cantidad de gas existente en toda la Vía Láctea. Los cúmulos estelares son los puntos blancos azulados y brillantes que se ven en la imagen del telescopio Hubble. Arp 220 es una galaxia infrarroja ultraluminosa, con lo cual brilla más en la luz infrarroja. En observaciones anteriores del telescopio Hubble, realizadas en el espectro infrarrojo a una longitud de onda que atraviesa el polvo, se habían revelado los núcleos de las galaxias madre situadas a 1.200 años luz de distancia. Las observaciones realizadas con el Observatorio Chandra de Rayos X de la NASA también revelaron la presencia de rayos x proveniente de ambos núcleos, hallazgo que delata la presencia de dos agujeros negros supermasivos. Arp 220 es la galaxia número 220 del Atlas de galaxias peculiares de Arp. Créditos: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration y A. Evans (Universidad de Virginia, Charlottesville/NRAO/Universidad de Stony Brook)

Arp 220 parece ser una galaxia extraña, pero en realidad es un ejemplo cercano de lo que sucede justo después de una colisión entre dos galaxias espirales. Es la más brillante de las tres fusiones galácticas más cercanas a la Tierra, y se ubica a 250 millones de años luz, en la constelación de la Serpiente. La colisión, que empezó hace unos 700 millones de años, desató un vertiginoso brote de formación estelar que dio origen a enormes cúmulos estelares en una región compacta y llena de polvo de unos 5.000 años luz de extensión (cerca del 5 % del diámetro de la Vía Láctea). La cantidad de gas presente en esta diminuta región es igual a la cantidad de gas existente en toda la Vía Láctea. Los cúmulos estelares son los puntos blancos azulados y brillantes que se ven en la imagen del telescopio Hubble. Arp 220 es una galaxia infrarroja ultraluminosa, con lo cual brilla más en la luz infrarroja. En observaciones anteriores del telescopio Hubble, realizadas en el espectro infrarrojo a una longitud de onda que atraviesa el polvo, se habían revelado los núcleos de las galaxias madre situadas a 1.200 años luz de distancia. Las observaciones realizadas con el Observatorio Chandra de Rayos X de la NASA también revelaron la presencia de rayos x proveniente de ambos núcleos, hallazgo que delata la presencia de dos agujeros negros supermasivos. Arp 220 es la galaxia número 220 del Atlas de galaxias peculiares de Arp. Créditos: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration y A. Evans (Universidad de Virginia, Charlottesville/NRAO/Universidad de Stony Brook)

Información adicional

Esta investigación fue publicada bajo el título “Fast, Collimated Outflow in the Western Nucleus of Arp 220” [Chorro rápido y colimado en el núcleo Oeste de Arp 220] por Loreto Barcos-Muñoz et al. en the Astrophysical Journal Letters.

El equipo de investigación estuvo compuesto por Loreto Barcos-Muñoz [1,2], Susanne Aalto [3], Todd A. Thompson [4,5], Kazushi Sakamoto [6], Sergio Martín [1,7], Adam K. Leroy [4], George C. Privon [8,9], Aaron S. Evans [2,10], and Amanda Kepley [2].

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

[1] Joint ALMA Observatory, Alonso de Córdova 3107, Vitacura, Santiago, Chile
[2] National Radio Astronomy Observatory, 520 Edgemont Road, Charlottesville, VA 22903, EE.UU.
[3] Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Onsala Observatory, 439 94 Onsala, Suecia
[4] Astronomy Department, The Ohio State University, 140 W, 18th St, Columbus, OH 43210, USA
[5] Department of Astronomy and Center for Cosmology & Astro-Particle Physics, The Ohio State University, Columbus, OH 43210, EE.UU.
[6] Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics, P.O. Box 23-141, Taipei 10617, Taiwán
[7] European Southern Observatory, Alonso de Córdova 3107, Vitacura, Casilla 763 0355, Santiago, Chile
[8] Instituto de Astrofísica, Facultad de Física, Pontificia Universidad Católica de Chile, Casilla 306, Santiago, Chile
[9] Department of Astronomy, University of Florida, 211 Bryant Space Sciences Center, Gainesville, FL 32607, EE.UU.
[10] Department of Astronomy, University of Virginia, 530 Mc-Cormick Road, Charlottesville, VA 22904, EE.UU.