ALMA sondea los misterios de los chorros de agujeros negros gigantes

16 octubre, 2013

Dos equipos internacionales de astrónomos han aprovechado la potencia de ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, para estudiar los chorros emitidos por enormes agujeros negros en los centros de las galaxias y cómo estos afectan su entorno. Éstos lograron obtener las mejores imágenes que se hayan generado del gas molecular que rodea de un agujero negro poco activo y de un inesperado brillo en la base de un potente chorro cercano a un agujero negro distante.

La gran mayoría de las galaxias del Universo tiene un agujero negro supermasivo en su centro —con masas equivalentes a varios miles de millones de veces la del Sol—, incluso nuestra Vía Láctea. Mucho tiempo atrás, estos extraños cuerpos celestes eran muy activos y se engullían enormes cantidades de materia circundante, mientras brillaban con gran intensidad y expulsaban pequeñas cantidades de dicha materia en poderosos chorros. En el Universo actual, la mayoría de los agujeros negros supermasivos es mucho menos activa, sin embargo, la interacción de sus chorros con el entorno sigue influyendo en la evolución de las galaxias.

En el marco de dos nuevas investigaciones publicadas en la revista Astronomy & Astrophysics, se usó ALMA para estudiar los chorros de agujeros negros bien diferentes: un agujero negro cercano y relativamente poco activo en la galaxia NGC 1433, y un objeto muy distante y activo llamado PKS 1830-211.

“ALMA ha revelado una sorprendente estructura espiral en el gas molecular cercano al centro de NGC 1433”, indica Françoise Combes del Observatorio de Paris, en Francia, y autora principal del artículo. “Esto explica cómo fluye el material alimenta al agujero negro. Con las detalladas imágenes obtenidas por ALMA se pudo ver por primera vez un chorro de material expulsado por el agujero negro extendiéndose unos 150 años-luz. Es la emanación molecular de este tipo más pequeña que se ha observado a la fecha en otra galaxia”.

El hallazgo de esta emanación que está siendo arrastrada junto con el chorro del agujero negro central, muestra cómo estos chorros pueden detener la formación de estrellas y regular el crecimiento de los bulbos centrales de las galaxias [1].

El segundo equipo, encabezado por Iván Martí-Vidal de la Universidad Chalmers de Tecnología y el Observatorio Espacial de Onsala, en Suecia, también observó un agujero negro supermasivo que tiene un chorro, pero muy distinto. PKS 1830-211 es un agujero negro muy brillante y activo en el Universo temprano [2]. Es un objeto inusual porque su brillante luz atraviesa una galaxia masiva antes de alcanzar la Tierra y es dividida en dos imágenes por un efecto de lente gravitacional [3].

De vez en cuando, los agujeros negros supermasivos se tragan enormes cantidades de masa [4], que aumentan la intensidad del chorro y elevan la radiación a altísimos niveles de energía. Ahora, por casualidad, ALMA observó uno de estos eventos en PKS 1830-211.

“La observación con ALMA de este caso de ‘indigestión’ de un agujero negro fue totalmente casual. Estábamos observando PKS 1830-211 con otro objetivo, y entonces detectamos cambios sutiles de color e intensidad en el lente gravitacional. Tras analizar cuidadosamente este comportamiento inesperado llegamos a la conclusión de que, por un golpe de suerte, habíamos estado observando justo en el momento en que entró materia nueva a la base del chorro del agujero negro”, señala Sebastien Muller, coautor del segundo artículo.

El equipo también buscó averiguar si este violento acontecimiento había sido observado con otros telescopios, y para su sorpresa descubrió una señal muy clara de rayos gamma detectada por el satélite Fermi-LAT. El proceso que provocó el incremento de radiación en longitudes de onda larga captadas por ALMA también había aumentado al extremo la luz del chorro y la había elevado a los niveles de energía más altos que puede haber en el Universo [5].

“Esta es la primera vez que se establece una conexión clara entre los rayos gamma y las ondas de radio submilimétricas partiendo de la misma base del chorro de un agujero negro” agrega Sebastien Muller.

Las dos nuevas observaciones son solo el inicio de las investigaciones de ALMA sobre los mecanismos de los chorros de agujeros negros supermasivos, tanto cercanos como distantes. El equipo de Combes ya está usando ALMA para estudiar otras galaxias activas cercanas, y se espera que el peculiar cuerpo PKS 1830-211 sea objeto de muchas observaciones más con ALMA y otros telescopios.

“Todavía hay mucho por aprender sobre cómo los agujeros negros generan estos enormes chorros energéticos de materia y radiación”, concluye Ivan Martí-Vidal. “Pero estos resultados, obtenidos incluso antes de que se completara la construcción de ALMA, muestran que es una herramienta única y muy eficaz para estudiar estos chorros. ¡Los hallazgos recién comienzan!”

Notas

[1] Este proceso, llamado retroalimentación (feedback en inglés), podría explicar la misteriosa relación entre la masa de un agujero negro situado 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 miles de millones 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 gravitacional y, desde su primera confirmación en 1979, se han descubierto numerosos efectos de lente gravitacional. Este puede crear múltiples imágenes además de distorsionar y aumentar las fuentes de luz del fondo.

[4] El material absorbido 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.

[5] Esta energía se emite como rayos gamma, la longitud de onda más corta y la energía más potente en forma de radiación electromagnética.

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) una instalación astronómica internacional es una asociación entre Europa, Norteamérica y Asia del Este en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado en Europa por el Observatorio Europeo Austral (ESO, en su sigla en inglés), en Norteamérica por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC) y en Asia del Este por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán. La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas en nombre de Europa por ESO, en nombre de Norteamérica por el Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO), operado por Associated Universities, Inc. (AUI), y en nombre de Asia del Este por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, como también la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Estos estudios se presentaron en dos artículos: “ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433” (‘Observaciones con ALMA de procesos de alimentación y retroalimentación en las galaxias cercanas Seyfert: un chorro dirigido por un núcleo activo de galaxia en NGC1433’), de F. Combes et al., y “Probing the jet base of the blazar PKS 1830−211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare” (‘Estudio de la base del chorro del blazar PKS 1830-211 a partir de la variación cromática de imágenes de un lente gravitacional: observaciones afortunadas de un intenso chorro de rayos gamma’), de I. Martí-Vidal et al. Ambos artículos aparecen en la revista Astronomy & Astrophysics.

El primero equipo está compuesto por F. Combes (Observatorio de Paris, Francia), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, España), V. Casasola (INAF–Instituto di Radioastronomía, Milán, Italia), L. Hunt (INAF – Observatorio Astrofísico de Arcetri, Florencia, Italia), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, Francia), A. J. Baker (Rutgers, Universidad estatal de Nueva Jersey, Piscataway, EE. UU.), F. Boone (CNRS, IRAP, Tolouse, Francia), A. Eckart (Universidad de Colonia, Alemania), I. Márquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, España), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Instituto Max-Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania) y L. J. Tacconi (Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Garchin, Munich, Alemania).

El segundo equipo está formado por I. Martí-Vidal (Universidad Chalmers de Tecnología, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), S. Muller (Onsala), F. Combes (Observatorio de Paris, Francia), S. Aalto (Onsala), A. Beelen (Instituto de Astrofísica Espacial, Universidad Paris-Sur, Francia), J. Darling (Universidad de Colorado, Boulder, EE.UU.), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, Francia; École Normale Supérieure/LERMA, París, Francia), C. Henkel (Instituto Max-Planck de Radioastronomía [MPIfR], Bonn, Alemania; Universidad King Abdulaziz, Jeddah, Arabia Saudita), C. Horellou (Onsala), J. M. Marcaide (Universidad de Valencia, España), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Academia de Ciencia y Tecnología de Vietnam, Hanoi, Vietnam) y M. Zwaan (ESO, Garching, Alemania).

Contactos:

Françoise Combes
Observatorio de París, LERMA
París, Francia
Tel: +33 1 4051 2077
Email: francoise.combes@obspm.fr 

Ivan Martí-Vidal Chalmers
Universidad Chalmers de Tecnología
Observatorio Espacial Onsala, Onsala, Suecia
Tel: +46 31 772 5557
Email: ivan.marti-vidal@chalmers.se

Valeria Foncea

Directora de Comunicaciones y Educación
Observatorio ALMA
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2467 6258
Email: vfoncea@alma.cl

Richard Hook
Encargado de Prensa, ESO
Garching, Alemania
Tel: +49 89 3200 6655
Cel: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org 

Masaaki Hiramatsu
 
Encargado de Educación y Extensión, NAOJ Chile
Observatorio de Tokio, Japón
Tel: +81 422 34 3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Charles E. Blue
Encargado de Comunicaciones
Observatorio Nacional de Radio Astronomía
Charlottesville VA, EE.UU.
Tel: +1 434 296 0314
Cell: +1 434.242.9559
E-mail: cblue@nrao.edu