ALMA observa inesperados flujos opuestos alrededor de agujero negro

15 octubre, 2019

Artículo Científico

En el centro de una galaxia conocida como NGC 1068 se esconde un agujero negro supermasivo rodeado de una densa nube de polvo y gas con forma de donut. Al usar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar esta nube en detalle, un equipo de astrónomos hizo un inesperado hallazgo que podría explicar por qué los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápido en el Universo primitivo.

“Gracias a la espectacular resolución de ALMA, pudimos determinar el movimiento del gas en las órbitas internas alrededor del agujero negro”, celebra Violette Impellizzeri, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO), quien trabaja actualmente en ALMA, en Chile, y es la autora principal de un artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal. “Para nuestra sorpresa, encontramos dos discos de gas que giran en sentidos opuestos”.

Los agujeros negros supermasivos ya existían cuando el Universo era joven, tan solo 1.000 millones de años después del Big Bang. Lo que no acaban de entender los astrónomos es cómo estos objetos tan peculiares, con masas que superan en miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, tuvieron tiempo para crecer tanto. El nuevo hallazgo hecho con ALMA podría darles una pista. “Los flujos de gas que giran en sentidos contrarios son inestables, y eso significa que las nubes fluyen hacia el agujero negro más rápido que en los discos que giran en un solo sentido”, explicar Impellizzeri. “Eso podría explicar por qué un agujero negro crece tan rápido”.

NGC 1068 (también conocida como Messier 77) es una galaxia espiral situada a unos 47 millones de años luz de la Tierra, en dirección de la constelación de Cetus. En su centro hay un núcleo galáctico activo, un agujero negro supermasivo que se está alimentando a partir de un delgado disco giratorio de polvo y gas, conocido como disco de acreción.

En observaciones anteriores de ALMA se había revelado que el agujero negro está tragando material y escupiendo gas a una velocidad increíble. Es posible que el gas expulsado del disco de acreción contribuya a mantener la zona que rodea el agujero negro oculta a la vista de los telescopios ópticos.

Impellizzeri y su equipo usaron la extraordinaria capacidad de zoom de ALMA para observar el gas molecular que rodea el agujero negro y, para su sorpresa, encontraron dos discos de gas que giran en sentidos opuestos. El disco interno tiene se extiende por unos 2 a 4 años luz y sigue la rotación de la galaxia, mientras que el externo (también conocido como toroide), abarca entre 4 y 22 años luz y gira en sentido contrario.

“No esperábamos ver esto, porque el gas que fluye hacia un agujero negro normalmente gira a su alrededor en un solo sentido”, comenta Impellizzeri. “Algo debe de haber alterado el flujo, porque es imposible que parte del disco haya empezado a girar al revés por sí solo”.

La rotación contraria no es un fenómeno tan raro en el espacio. “Es un fenómeno que se observa en las galaxias, generalmente a miles de años luz del centro galáctico”, explica Jack Gallimore, de la Universidad Bucknell (Lewisburg, Pennsylvania, EE. UU.) y coautor del artículo. “La rotación contraria siempre es el resultado de una colisión o interacción entre dos galaxias. Lo notorio de este hallazgo es que se observa a escala mucho menor, a decenas de años luz del agujero negro central, en vez de miles de años luz”.

Los astrónomos creen que el flujo reverso de NGC 1068 puede ser el resultado de nubes de gas expulsadas de la galaxia huésped, o bien de una pequeña galaxia en órbita contraria que, a su paso, capturó el disco.

Por el momento, el disco externo parece describir una órbita estable alrededor del disco interno. “Eso cambiará cuando el disco externo empiece a fluir hacia el disco interno, cosa que podría pasar al cabo de algunas órbitas o de unos cientos de miles de años. Los flujos de gas giratorios entrarán en colisión y se volverán inestables, y los discos probablemente colapsarán en un evento luminoso a medida que el gas molecular caiga dentro del agujero negro. Desafortunadamente, ya no estaremos aquí para presenciar ese espectáculo pirotécnico”, concluye Gallimore.

Información adicional

Estos resultados aparecieron en los Astrophysical Journal Letters bajo el título «Counter-rotation and High-velocity Outflow in the Parsec-scale Molecular Torus of NGC 1068» por V. Impellizzeri et al. El equipo de investigación estuvo compuesto por Violette Impellizzeri1,2, Jack F. Gallimore3, Stefi A. Baum4, Moshe Elitzur5, Richard Davies6, Dieter Lutz6, Roberto Maiolino7, Alessandro Marconi8,9, Robert Nikutta10, Christopher P. O’Dea4, and Eleonora Sani11.

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 Physics and Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, PA 17837, EE.UU.

4 University of Manitoba, Department of Physics and Astronomy, Winnipeg, MB R3T 2N2, Canadá

5 Astronomy Department, University of California, Berkeley, CA 94720, EE.UU.

6 Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstrasse 1, D-85748 Garching, Alemania

7 Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Madingley Road, Cambridge CB3 0HA, Reino Unido

8 Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universit’a di Firenze, via G. Sansone 1, I-50019, Sesto Fiorentino (Firenze), Italia

9 INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Largo E. Fermi 5, 50135, Firenze, Italia

10 National Optical Astronomy Observatory, 950 North Cherry Avenue, Tucson, AZ 85719, EE.UU.

11 European Southern Observatory, Alonso de Cordova 3107, Vitacura, Santiago, Chile

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.

Imágenes

Imagen obtenida con ALMA que muestra dos discos de gas moviéndose en sentidos opuestos alrededor del agujero negro de la galaxia NGC 1068. Los colores de esta imagen corresponden al movimiento del gas: el material representado en azul se desplaza hacia nosotros, y lo que aparece en rojo se aleja. Los triángulos blancos representan el gas expulsado del disco interno a gran velocidad, formando una espesa nube alrededor del agujero negro. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Imagen obtenida con ALMA que muestra dos discos de gas moviéndose en sentidos opuestos alrededor del agujero negro de la galaxia NGC 1068. Los colores de esta imagen corresponden al movimiento del gas: el material representado en azul se desplaza hacia nosotros, y lo que aparece en rojo se aleja. Los triángulos blancos representan el gas expulsado del disco interno a gran velocidad, formando una espesa nube alrededor del agujero negro. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

 

Representación artística del centro de la galaxia NGC 1068, que alberga un agujero negro supermasivo activo oculto dentro de una espesa nube de polvo y gas con forma de donut. ALMA descubrió dos flujos de gas alrededor del agujero negro que giran en sentido opuesto. Los colores de esta imagen corresponden al movimiento del gas: el material representado en azul se desplaza hacia nosotros, mientras que lo que aparece en rojo se aleja. Créditos: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Representación artística del centro de la galaxia NGC 1068, que alberga un agujero negro supermasivo activo oculto dentro de una espesa nube de polvo y gas con forma de donut. ALMA descubrió dos flujos de gas alrededor del agujero negro que giran en sentido opuesto. Los colores de esta imagen corresponden al movimiento del gas: el material representado en azul se desplaza hacia nosotros, mientras que lo que aparece en rojo se aleja. Créditos: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.