Agujero negro supermasivo escondido en un anillo de polvo cósmico


El Interferómetro del Telescopio Muy Grande del Observatorio Europeo Austral (VLTI de ESO) ha observado una nube de polvo cósmico en el centro de la galaxia Messier 77 que oculta un agujero negro supermasivo. Los hallazgos han confirmado las predicciones hechas hace unos 30 años y están dando a los astrónomos una nueva perspectiva de los núcleos galácticos activos, algunos de los objetos más brillantes y enigmáticos del universo.

El panel izquierdo de esta imagen muestra una vista deslumbrante de la galaxia activa Messier 77 capturada con el instrumento FOcal Reducer y el espectrógrafo de baja dispersión 2 (FORS2) en el Very Large Telescope de ESO. El panel derecho muestra una vista ampliada de la región más interna de esta galaxia, su núcleo galáctico activo, como se ve con el instrumento MATISSE en el interferómetro del Very Large Telescope de ESO. Crédito: ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

Los núcleos galácticos activos (AGN) son fuentes extremadamente energéticas alimentadas por agujeros negros supermasivos y se encuentran en el centro de algunas galaxias. Estos agujeros negros se alimentan de grandes volúmenes de polvo y gas cósmicos. Antes de que se consuma, este material gira en espiral hacia el agujero negro y se liberan enormes cantidades de energía en el proceso, a menudo eclipsando a todas las estrellas de la galaxia.

Los astrónomos han sentido curiosidad por los AGN desde que vieron por primera vez estos objetos brillantes en la década de 1950. Ahora, gracias al VLTI de ESO, un equipo de investigadores dirigido por Violeta Gámez Rosas de la Universidad de Leiden en los Países Bajos ha dado un paso clave para comprender cómo funcionan y cómo se ven de cerca. Los resultados se publican hoy en Nature.

Al realizar observaciones extraordinariamente detalladas del centro de la galaxia Messier 77, también conocida como NGC 1068, Gámez Rosas y su equipo detectaron un grueso anillo de polvo cósmico y gas que ocultaba un agujero negro supermasivo. Este descubrimiento proporciona evidencia vital para respaldar una teoría de 30 años conocida como el modelo unificado de AGN.

Los astrónomos saben que existen diferentes tipos de AGN. Por ejemplo, algunos emiten ráfagas de ondas de radio mientras que otros no; ciertos AGN brillan con luz visible, mientras que otros, como Messier 77, son más tenues. El modelo unificado establece que, a pesar de sus diferencias, todos los AGN tienen la misma estructura básica: un agujero negro supermasivo rodeado por un grueso anillo de polvo.

Según este modelo, cualquier diferencia en la apariencia entre los AGN resulta de la orientación en la que vemos el agujero negro y su grueso anillo desde la Tierra. El tipo de AGN que vemos depende de cuánto oscurezca el anillo el agujero negro desde nuestro punto de vista, ocultándolo por completo en algunos casos.

Los astrónomos habían encontrado alguna evidencia para respaldar el modelo unificado antes, incluida la detección de polvo caliente en el centro de Messier 77. Sin embargo, quedaban dudas sobre si este polvo podría ocultar completamente un agujero negro y, por lo tanto, explicar por qué este AGN brilla menos en luz visible que otros.

«La naturaleza real de las nubes de polvo y su papel tanto en la alimentación del agujero negro como en la determinación de su aspecto visto desde la Tierra han sido cuestiones centrales en los estudios de AGN durante las últimas tres décadas», explica Gámez Rosas. «Si bien ningún resultado único resolverá todas las preguntas que tenemos, hemos dado un paso importante para comprender cómo funcionan los AGN».

Las observaciones fueron posibles gracias al Experimento espectroscópico de infrarrojo medio de apertura múltiple (MATISSE) montado en el VLTI de ESO, ubicado en el desierto de Atacama en Chile. MATISSE combinó la luz infrarroja recolectada por los cuatro telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO utilizando una técnica llamada interferometría. El equipo usó MATISSE para escanear el centro de Messier 77, ubicado a 47 millones de años luz de distancia en la constelación de Cetus.

«MATISSE puede ver una amplia gama de longitudes de onda infrarrojas, lo que nos permite ver a través del polvo y medir con precisión las temperaturas. Debido a que el VLTI es, de hecho, un interferómetro muy grande, tenemos la resolución para ver lo que sucede, incluso en galaxias como tan lejos como Messier 77. Las imágenes que obtuvimos detallan los cambios de temperatura y la absorción de las nubes de polvo alrededor del agujero negro», dice el coautor Walter Jaffe, profesor de la Universidad de Leiden.

Esta infografía animada proporciona una representación simplificada del Modelo Unificado de núcleos galácticos activos o AGN, fuentes energéticas alimentadas por agujeros negros supermasivos que existen en el centro de algunas galaxias. Los astrónomos han observado diferentes tipos de AGN. Algunos, llamados blazars, son extremadamente brillantes y pueden sufrir cambios en su brillo en escalas de tiempo de solo horas o días, mientras que otro tipo, llamados cuásares, también son muy brillantes pero tienden a ser menos variables que los blazars. Las galaxias Seyfert, que vienen en dos sabores (1 y 2), son otro tipo de AGN, que están rodeadas de galaxias anfitrionas que son claramente detectables. Las galaxias Seyfert 1 y Seyfert 2 tienen núcleos brillantes, pero Seyfert 2 tiende a ser más tenue. El Modelo Unificado de AGN establece que, a pesar de sus diferencias, todos los AGN tienen la misma estructura básica: un agujero negro supermasivo rodeado por un anillo grueso o toroide de polvo. Según este modelo, cualquier diferencia en la apariencia entre los AGN resulta de la orientación en la que vemos el agujero negro y su grueso anillo desde la Tierra. El tipo de AGN que vemos depende de cuánto oscurezca el anillo el agujero negro desde nuestro punto de vista, ocultándolo por completo en algunos casos. Crédito: ESO/L. Calçada y M. Kornmesser

Combinando los cambios en la temperatura del polvo (desde alrededor de la temperatura ambiente hasta alrededor de 1200 grados Celsius) causados ​​por la intensa radiación del agujero negro con los mapas de absorción, el equipo construyó una imagen detallada del polvo y señaló dónde debe estar el agujero negro. El polvo, en un anillo interior grueso y un disco más extenso, con el agujero negro colocado en su centro, sostiene el modelo unificado. El equipo también utilizó datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, copropiedad de ESO, y el Very Long Baseline Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía para construir su imagen.

“Nuestros resultados deberían conducir a una mejor comprensión del funcionamiento interno de los AGN”, concluye Gámez Rosas. «También podrían ayudarnos a comprender mejor la historia de la Vía Láctea, que alberga un agujero negro supermasivo en su centro que pudo haber estado activo en el pasado».

Los investigadores ahora buscan utilizar el VLTI de ESO para encontrar más evidencia de respaldo del modelo unificado de AGN al considerar una muestra más grande de galaxias.

El miembro del equipo Bruno López, investigador principal de MATISSE en el Observatoire de la Côte d’Azur en Niza, Francia, dice: «Messier 77 es un importante prototipo de AGN y una maravillosa motivación para expandir nuestro programa de observación y optimizar MATISSE para abordar un ámbito más amplio». muestra de AGN».

El Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, que comenzará a observar a finales de esta década, también ayudará en la búsqueda, brindando resultados que complementarán los hallazgos del equipo y les permitirán explorar la interacción entre los AGN y las galaxias.

Esta investigación se presentó en el artículo «Imágenes térmicas del polvo que oculta el agujero negro en la galaxia activa NGC 1068», que aparecerá en Nature.

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