ALMA pesa agujero negro supermasivo de una galaxia espiral

18 junio, 2015

NGC 1097 observed in the optical light with VLT operated by ESO.Credit: ESO/R. Gendler

Prácticamente todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Son mastodontes cósmicos que pueden tener masas de entre millones y miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. Calcular dicha masa con precisión ha sido una tarea titánica, sobre todo para las galaxias espiral y espiral barrada. En una nueva y pionera observación, un equipo de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para hacer la primera medición detallada de la masa de un agujero negro supermasivo situado en el centro de NGC 1097, una galaxia espiral barrada ubicada a cerca de 45 millones de años luz de nosotros en dirección de la constelación Fornax. Los investigadores determinaron que esta galaxia alberga un agujero negro 140 millones de veces más masivo que nuestro Sol. En comparación, el agujero negro presente en el centro de la Vía Láctea es un peso pluma, con una masa equivalente solo a unos pocos millones de veces la de nuestro Sol.

Para lograr estos resultados, el equipo de investigación encabezado por Kyoko Onishi, de la Graduate University for Advanced Studies (Sokendai) de Japón, calculó con precisión la distribución y el movimiento de dos moléculas -ácido cianhídrico (HCN) y formilo (HCO+)- cerca del centro de la galaxia. Los investigadores compararon estas mediciones de ALMA con varios modelos matemáticos, cada uno correspondiente a una masa diferente a la del agujero negro supermasivo. El resultado más plausible para estas observaciones fue el de un agujero negro de aproximadamente 140 millones de masas solares.

Un método similar fue empleado anteriormente con el telescopio CARMA para medir la masa del agujero negro situado en el centro de la galaxia lenticular NGC 4526.

«Mientras NGC 4526 es una galaxia lenticular, NGC 1097 es una galaxia espiral barrada. Las observaciones más recientes arrojaron que la relación entre la masa de un agujero negro supermasivo y las propiedades de la galaxia que lo cobija varía en función del tipo de galaxia, de ahí que sea más importante aún calcular de manera precisa las masas de agujeros negros supermasivos de varios tipos de galaxia», afirma Onishi.

Composite image of the barred spiral galaxy NGC 1097

Imagen compuesta de la galaxia espiral barrada NGC 1097. Al estudiar el movimiento de dos moléculas, ALMA pudo determinar que el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia posee una masa 140 veces mayor que nuestro Sol. Las observaciones de ALMA están en rojo (HCO+) y verde/naranjo (HCN) superpuestas en una imagen óptica captada con el telescopio espacial Hubble. Crédito: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ), K. Onishi; Telescopio espacial Hubble de NASA/ESA; NRAO/AUI/NSF.

Los astrónomos usan actualmente diferentes métodos para deducir la masa de un agujero negro supermasivo; la técnica utilizada normalmente depende del tipo de galaxia que esté siendo observada.

En la Vía Láctea, poderosos telescopios ópticos e infrarrojos rastrean el movimiento de las estrellas mientras giran alrededor del centro galáctico. Sin embargo, este método no es recomendable para galaxias distantes, ya que requeriría una resolución angular extrema.

En lugar de estrellas, los astrónomos también siguen el movimiento de megamáseres (objetos astrofísicos que emiten intensas ondas de radio y se encuentran cerca del centro de algunas galaxias), pero son escasos. La Vía Láctea, por ejemplo, no tiene ninguno. Otra técnica consiste en seguir el movimiento del gas ionizado en el bulbo central de una galaxia, pero es un método más adecuado para el estudio de las galaxias elípticas, dejando pocas opciones para determinar la masa de los agujeros negros supermasivos en las galaxias espirales.

Composite image of the barred spiral galaxy NGC 1097

Imagen compuesta de la galaxia espiral barrada NGC 1097. Las observaciones de ALMA están en rojo (HCO+) y verde/naranjo (HCN) superpuestas en una imagen óptica captada con el telescopio espacial Hubble. Crédito: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ), K. Onishi; Telescopio espacial Hubble de NASA/ESA; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ), A. Peredo.

Sin embargo, los nuevos resultados de ALMA demuestran un método hasta ahora inédito, abriendo nuevas posibilidades para el estudio de galaxias espirales y espirales barradas.

«Es la primera medición con ALMA que se ha hecho en una galaxia espiral o espiral barrada», señala Kartik Sheth, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos en Charlottesville (Virginia, EE.UU.) y coautor del artículo. «Al analizar las observaciones extraordinariamente detalladas de ALMA, sorprende cuánto coinciden con estos modelos consagrados. Es alentador pensar que ahora podemos aplicar esta técnica a otras galaxias similares y comprender mejor cómo estos objetos increíblemente masivos afectan a las galaxias que los albergan»

Video del nuevo resultado de ALMA que calcula el peso de un agujero negro supermasivo en la galaxia espiral barrada NGC 1097. Crédito: J. Hellerman, B. Kent (NRAO/AUI/NSF); ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); K. Onishi; Telescopio espacial Hubble de NASA/ESA.

Como las teorías actuales muestran que las galaxias y sus agujeros negros supermasivos evolucionan en conjunto – cada uno afectando la evolución del otro – esta nueva técnica de medición podría arrojar luz sobre la relación entre las galaxias y los agujeros negros supermasivos que cobijan.

Las observaciones futuras de ALMA seguirán afinando esta técnica y ampliando sus aplicaciones a otras galaxias del tipo espiral.

Información adicional

Los resultados de esta observación se publicaron en el artículo titulado «A measurement of the black-hole mass in NGC 1097 using ALMA» (‘Cálculo de la masa del agujero negro de NGC 1097 con ALMA’), de Onishi et al., en The Astrophysical Journal, en junio de 2015.

Esta investigación fue realizada por Kyoko Onishi, Sokendai; Satoru Iguchi, Observatorio Astronómico Nacional de Japón/Sokendai; Kartik Sheth, Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, y Kotaro Kohno, Universidad de Tokio.

Esta investigación fue respaldada por la beca de investigación científica nº 26*368 de la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia (JSPS).

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.

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