Polvorienta sorpresa alrededor de un agujero negro gigantesco

El Interferómetro del Very Large Telescope de ESO ha llevado a cabo las observaciones más detalladas hechas hasta el momento del polvo que rodea al gigantesco agujero negro del centro de una galaxia activa. En lugar de encontrar todo el brillante polvo rodeando al agujero negro en forma de toro (la forma geométrica de un rosco), tal y como era de esperar, los astrónomos han descubierto que gran parte del mismo se encuentra encima y debajo del toro. Estas observaciones muestran que el polvo está siendo repelido del agujero negro hacia afuera en forma de vientos fríos — un sorprendente descubrimiento que pone en jaque las actuales teorías y nos revela cómo evolucionan e interactúan con su entorno los agujeros negros supermasivos.

A lo largo de los últimos veinte años, los astrónomos han descubierto que casi todas las galaxias tienen un enorme agujero negro en su centro. Algunos de esos agujeros negros crecen atrayendo materia de su entorno y crean, durante el proceso, el objeto más energético del universo: los núcleos de galaxias activos (Active Galactic Nuclei, AGN). Las regiones centrales de estas brillantes centrales energéticas están rodeadas por un anillo en forma de rosco compuesto de polvo cósmico [1] arrastrado del espacio circundante, algo similar a lo que ocurre cuando el agua forma un pequeño remolino alrededor del desagüe de un lavabo. Se creía que la mayor parte de la fuerte radiación infrarroja que provenía de los AGNs se originaba en esos roscos.
Pero nuevas observaciones de una galaxia activa cercana llamada NGC 3783, empleando las capacidades del Interferómetro Very Large Telescope (VLTI) instalado en el Observatorio Paranal de ESO, en Chile [2], han dado una sorpresa a un equipo de astrónomos. Pese a que el polvo caliente — que tiene una temperatura de entre 700 y 1000 grados Celsius — se encuentra en un toro (tal y como esperaban), han descubierto grandes cantidades de polvo frío encima y debajo de este toro principal [3].
Tal y como explica el autor principal del artículo que presenta estos nuevos resultados, Sebastian Hönig (Universidad de California Santa Barbara, EE.UU,  y Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Alemania), “Es la primera vez que hemos podido combinar observaciones detalladas en el infrarrojo medio del polvo frío (casi a temperatura ambiente) que rodea a un  AGN, con observaciones de casi la misma precisión del polvo muy caliente. Es también la mayor colección de datos interferométricos en el infrarrojo sobre AGNs  publicada hasta el momento”.
El polvo recientemente descubierto forma una corriente de viento frío que sale del agujero negro. Este viento debe jugar un importante papel en la compleja relación existente entre el agujero negro y su entorno. El agujero negro satisface su insaciable apetito alimentándose del material circundante, pero la intensa radiación que produce este proceso también parece estar eyectando material. Aún no está muy clara la forma en que estos dos procesos se alían para permitir que los agujeros negros supermasivos crezcan y evolucionen en el interior de las galaxias, pero la presencia de un viento polvoriento añade una nueva pieza a este puzle.
Con el fin de investigar las regiones centrales de NGC 3783, los astrónomos necesitaban utilizar las capacidades combinadas de los Telescopios Unitarios del VLT (Very Large Telescope) de ESO. Utilizándolos juntos, forman un interferómetro que puede obtener una resolución equivalente a la de un telescopio de 130 metros.
Otro miembro del equipo, Gerd Weigelt (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania), explica: “Combinando las capacidades únicas de los espejos del VLT con la interferometría somos capaces de recoger la suficiente cantidad de luz como para observar objetos débiles. Eso nos permite estudiar una región tan pequeña como la distancia que separa a nuestro Sol de su estrella más cercana, en una galaxia que se encuentra a decenas de millones de años luz. Actualmente, no hay otro sistema óptico o infrarrojo en el mundo capaz de emular estas capacidades”.
Estas nuevas observaciones pueden llevar a un cambio de paradigma en la comprensión de los AGN. Son evidencias directas de que el polvo está siendo eyectado por la fuerte radiación. Los modelos de distribución del polvo y los que muestran cómo crecen y evolucionan los agujeros negros supermasivos deberán tener en cuenta, a partir de ahora, estos nuevos efectos recién descubiertos.
Hönig concluye, “Ahora estoy ansioso por la puesta en funcionamiento de MATISSE, que nos permitirá combinar los Telescopios Unitarios del VLT de una sola vez y observar simultáneamente en el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio — proporcionándonos datos mucho más detallados”. MATISSE, un instrumento de segunda generación para el VLTI, se encuentra actualmente en fase de construcción.

Notas

[1] El polvo cósmico consiste en granos de silicatos y grafito — minerales abundantes también en la Tierra. El hollín de una vela es muy parecido al polvo cósmico de grafito, aunque el tamaño de los granos del hollín es diez o más veces más grande que los típicos granos de grafito cósmico.
[2] El VLTI se forma con la combinación de los cuatro Telescopios Unitarios de 8,2 metros, o de los cuatro Telescopios Auxiliares del VLT de 1,8 metros. Hace uso de la técnica conocida como interferometría, en la cual una sofisticada instrumentación combina la luz de varios telescopios en una sola observación. Aunque no produce imágenes, esta técnica incrementa de forma espectacular el nivel de detalle que puede medirse en las observaciones resultantes, comparables a lo que podría medir un telescopio espacial con un diámetro de unos 100 metros.
[3] El gas más caliente fue captado utilizando el instrumento del AMBER VLTI en longitudes de onda del infrarrojo cercano y las nuevas observaciones a las que se hace mención utilizaron el instrumento MIDI en longitudes de onda de entre 8 y 13 micras en el infrarrojo medio.

Información adicional

Esta investigación se presentó en el artículo titulado “Dust in the Polar Region as a Major Contributor to the Infrared Emission of Active Galactic Nuclei”, por S. Hönig et al., que aparece en la revista Astrophysical Journal del 20 de junio de 2013.

El equipo está compuetso por S. F. Hönig (Universidad de California en Santa Barbara, EE.UU. [UCSB]; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Alemania), M. Kishimoto (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania [MPIfR]), K. R. W. Tristram (MPIfR), M. A. Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, España), P. Gandhi (Instituto de Ciencias del Espacio y la Astronáutica, Kanawaga, Japón; Universidad de Durham, Reino Unido), D. Asmus (MPIfR), R. Antonucci (UCSB), L. Burtscher (Instituto Max-Planck de Física Estraterrestre, Garching, Alemania), W. J. Duschl (Instituto de Física Teórica y Astrofísica, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Alemania) y G. Weigelt (MPIfR).

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Visión de amplio campo de la región que rodea a la galaxia NGC 3783

Esta imagen fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Muestra la región del cielo que rodea a la galaxia activa NGC 3783 en la constelación austral de Centaurus (El Centauro). La galaxia es la figura espiral que hay justo en el centro.

Crédito:

ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin



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La galaxia activa NGC 3783 en la constelación de Centaurus

Este mapa muestra la constelación de Centaurus (El Centauro). La mayor parte de las estrellas que pueden verse a ojo en una noche oscura están señaladas. También se indica la ubicación de la galaxia NGC 3783.

Crédito:

ESO, IAU and Sky & Telescope



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VIDEO:

Emisión de la galaxia activa NGC 3783 (impresión artística)

http://www.eso.org/public/chile/videos/eso1327a/

Este vídeo muestra una impresión artística del viento polvoriento que emana del agujero negro situado en el centro de la galaxia NGC 3783. Los astrónomos sabían que el polvo rodeaba a este tipo de agujeros negros supermasivos formando un toro (una forma geométrica en forma de donut), pero nuevas observaciones llevadas a cabo con el Interferómetro Very Large Telescope muestran que el polvo también se encuentra en las regiones polares. Este material es expulsado por la radiación del agujero negro, formando un viento frío y cargado de polvo.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser, Nick Risinger (skysurvey.org)

Fuente: Observatorio Europeo Austral , ESO