Observan fuente cósmica en todo su esplendor

6 noviembre, 2018

Artículo Científico

A 1.000 millones de años luz de la Tierra se encuentra una de las estructuras más grandes del Universo: una enorme galaxia elíptica rodeada de un extenso cúmulo de galaxias conocido como Abell 2597. En medio de la galaxia central hay un agujero negro supermasivo que se comporta como una gran fuente cósmica, atrayendo grandes cantidades de gas molecular frío y arrojándolo al espacio en un flujo continuo.

Los astrónomos sostienen hace tiempo que las fuentes de este tipo hacen recircular en permanencia el combustible galáctico que alimenta el nacimiento de estrellas. Las nuevas observaciones de Abell 2597 realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) arrojaron indicios fehacientes de la existencia de este flujo de gas atraído y arrojado por el agujero negro supermasivo en forma simultánea. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la edición más reciente del Astrophysical Journal.

“El agujero negro supermasivo situado en el centro de esta galaxia gigante actúa como la bomba mecánica de una fuente de agua”, explica Grant Tremblay, astrofísico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, en Cambridge, MA, EE. UU. y autor principal del artículo. “Este es uno de los primeros sistemas donde se encontraron pruebas claras de la presencia de un flujo entrante de gas molecular y de chorros lanzados hacia afuera o hacia arriba por el agujero negro”.

De acuerdo con los investigadores, todo el sistema opera mediante un bucle de retroalimentación autorregulado. El material atraído proporciona energía a la fuente mientras es “drenado” hacia el agujero negro, como el agua que ingresa a la bomba de una fuente. La entrada de este gas activa el agujero negro, que arroja chorros de material ultracaliente a gran velocidad hacia fuera de la galaxia. En su viaje, este material va empujando hacia afuera nubes e hilos de gas hacia el halo en expansión de la galaxia, desde donde terminan volviendo a fluir hacia el agujero negro y gatillando todo el proceso de nuevo.

En total, esta fuente tiene gas molecular equivalente a unos 3 mil millones de masas solares, en una nebulosa filamentaria que se extiende por los primeros 100.000 años luz de la galaxia.

En un estudio anterior publicado en la revista Nature, los mismos investigadores pudieron comprobar la interconexión del agujero negro y la fuente galáctica tras observar la región en distintas longitudes de onda, o porciones del espectro. Al usar ALMA para estudiar la ubicación y el movimiento de las moléculas de monóxido de carbono (CO), que emiten un fuerte brillo en longitudes de onda milimétricas, los astrónomos midieron el movimiento del gas en su trayecto hacia el agujero negro.

Los datos obtenidos anteriormente por el explorador espectroscópico MUSE del Very Large Telescope (VLT) de la ESO habían mostrado gas ionizado tibio saliendo de la galaxia: era, básicamente, el chorro de la fuente. Las nuevas observaciones realizadas con ALMA permitieron detectar nubes de gas molecular frío precisamente en los mismos lugares donde se había observado gas tibio anteriormente.

“El aspecto único en este caso fue el análisis sumamente detallado de esta fuente usando datos combinados de ALMA y MUSE. Las dos herramientas se complementan de manera extraordinaria”, celebra Tremblay. “ALMA reveló la distribución y los movimientos de las frías nubes de gas molecular y MUSE hizo lo mismo con el tibio gas ionizado”.

Los investigadores destacan que los datos de ALMA y MUSE fueron combinados con una nueva observación ultraprofunda del clúster con el observatorio de rayos X Chandra de la NASA, revelando con exquisito detalle la fase caliente de la fuente.

Las observaciones también respaldan de manera muy convincente la hipótesis de que las nebulosas de gas ionizado tibio y de gas molecular frío son parte de la misma estructura, donde el gas ionizado no es más que la “cáscara” de los núcleos moleculares fríos que se arremolinan dentro de esta fuente galáctica.

Este método de análisis de múltiples longitudes de onda ofrece un panorama inusualmente completo del sistema. “Es como observar la nube, la lluvia y el charco al mismo tiempo”, señala Tremblay. Aunque estas observaciones corresponden a una sola galaxia, los astrónomos creen que este proceso podría ser común en las demás galaxias y fundamental para su evolución.

Información adicional

Esta investigación está publicada bajo el título “Una fuente de gas molecular frío impulsado por un agujero negro de escala galáctica” [A Galaxy-scale Fountain of Cold Molecular Gas Pumped by a Black Hole] por G. Tremblay et al. en el Astrophysical Journal.

El equipo de investigación estuvo compuesto por by G. R. Tremblay [1,2,27,] F. Combes [3], J. B. R. Oonk [4,5], H. R. Russell [6], M. A. McDonald [7], M. Gaspari [8,28], B. Husemann [9], P. E. J. Nulsen [1,10], B. R. McNamara [11], S. L. Hamer [12], C. P. O’Dea [13,14], S. A. Baum [14,15], T. A. Davis [16], M. Donahue [17], G. M. Voit [17], A. C. Edge [18], E. L. Blanton [19], M. N. Bremer [20], E. Bulbul1, T. E. Clarke [21], L. P. David [1], L. O. V. Edwards [22], D. Eggerman [2], A. C. Fabian [6], W. Forman [1], C. Jones [1], N. Kerman [2], R. P. Kraft [1], Y. Li [23,24], M. Powell [2], S. W. Randall [1], P. Salomé [3], A. Simionescu [25], Y. Su [1], M. Sun [26], C. M. Urry [2], A. N. Vantyghem [11], B. J. Wilkes [1], and J. A. ZuHone [1].

[1] Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, 60 Garden St., Cambridge, MA 02138, EE. UU.

[2] Yale Center for Astronomy and Astrophysics, Yale University, 52 Hillhouse Ave., New Haven, CT 06511, EE. UU.

[3] LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research Univ., College de France, CNRS, Sorbonne Univ., Paris, Francia.

[4] ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy, P.O. Box 2, 7990 AA Dwingeloo, Holanda.

[5] Leiden Observatory, Leiden University, P.O. Box 9513, 2300 RA Leiden, Holanda.

[6] Institute of Astronomy, Cambridge University, Madingley Rd., Cambridge, CB3 0HA, Reino Unido.

[7] Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, EE. UU.

[8] Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, Princeton, NJ 08544, EE. UU.

[9] Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, D-69117 Heidelberg, Alemania.

[10] ICRAR, University of Western Australia, 35 Stirling Hwy, Crawley, WA 6009, Australia.

[11] Physics & Astronomy Department, Waterloo University, 200 University Ave.W., Waterloo, ON, N2L, 2G1, Canada.

[12] CRAL, Observatoire de Lyon, CNRS, Université Lyon 1, 9 Avenue Ch. André, F-69561 Saint-Genis-Laval, Francia.

[13] Department of Physics & Astronomy, University of Manitoba, Winnipeg, MB R3T 2N2, Canadá.

[14] School of Physics & Astronomy, Rochester Institute of Technology, 84 Lomb Memorial Drive, Rochester, NY 14623, EE. UU.

[15] Faculty of Science, University of Manitoba, Winnipeg, MB R3T 2N2, Canadá.

[16] School of Physics & Astronomy, Cardiff University, Queens Buildings, The Parade, Cardiff, CF24 3AA, Reino Unido.

[17] Michigan State University, Physics and Astronomy Dept., East Lansing, MI 48824-2320, EE. UU.

[18] Department of Physics, Durham University, Durham, DH1 3LE, Reino Unido.

[19] Astronomy Department and Institute for Astrophysical Research, Boston University, 725 Commonwealth Ave., Boston, MA 02215, EE. UU.

[20] H.W. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, BS8 1TL, Reino Unido.

[21] Naval Research Laboratory Remote Sensing Division, Code 7213 4555 Overlook Ave SW, Washington, DC 20375, EE. UU.

[22] Physics Department, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, CA 93407, EE. UU.

[23] Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, 162 Fifth Ave., New York, NY 10027, EE. UU.

[24] Department of Astronomy, University of Michigan, 1085 S. University Ave., Ann Arbor, MI 48109, EE. UU.

[25] Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), JAXA, 3-1-1 Yoshinodai, Chuo-ku, Sagamihara, Kanagawa, 252-5210, Japón.

[26] Department of Physics & Astronomy, University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35899, EE. UU.

[27] Einstein Fellow.

[28] Einstein & Spitzer Fellow.

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 Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), 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 compuesta de Abell 2597 mostrando la 'fuente' de gas cósmico impulsada por el agujero negro supermasivo en la galaxia central. En amarillo los datos de ALMA del gas frío. En rojo los datos del Very Large Telescope (VLA) que muestra el hidrógeno caliente en la misma región. En púrpura se aprecia el gas ionizado caliente detectado por el observatorio de rayos-x Chandra. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT

Imagen compuesta de Abell 2597 mostrando la ‘fuente’ de gas cósmico impulsada por el agujero negro supermasivo en la galaxia central. En amarillo los datos de ALMA del gas frío. En rojo los datos del Very Large Telescope (VLA) que muestra el hidrógeno caliente en la misma región. En púrpura se aprecia el gas ionizado caliente detectado por el observatorio de rayos-x Chandra. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT

 

Imagen de ALMA del gas molecular frío en Abell 2597. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), G. Tremblay et al.

Imagen de ALMA del gas molecular frío en Abell 2597. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), G. Tremblay et al.

 

Interpretación artística de Abell 2597 mostrando el agujero negro supermasivo central expeliendo gas molecular frío, como generador de una fuente intergaláctica gigante. Credit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry

Interpretación artística de Abell 2597 mostrando el agujero negro supermasivo central expeliendo gas molecular frío, como generador de una fuente intergaláctica gigante. Credit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry

 

Animación de los datos de MUSE en H-alpha mostrando diferentes velocidades del material en la 'fuente galáctica'. Crédito: ESO; G. Tremblay et al.

Animación de los datos de MUSE en H-alpha mostrando diferentes velocidades del material en la ‘fuente galáctica’. Crédito: ESO; G. Tremblay et al.