El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) realizó observaciones en alta resolución que
permitieron obtener imágenes de un toroide de gas y polvo que gira alrededor de
un agujero negro súper masivo.
La existencia de estas estructuras toroidales giratorias se
había predicho décadas atrás, pero esta es la primera vez que se confirma con
tanta seguridad. Se trata de un importante avance para entender la co evolución
de los agujeros negros súper masivos y las galaxias que los albergan.
Así todas las galaxias
esconden enormes agujeros negros en su centro. Hacía tiempo que los
investigadores sabían que mientras más masiva fuera una galaxia, más masivo
sería su agujero negro. Suena lógico a primera vista, pero, considerando que
las galaxias que los albergan son hasta 10.000 millones de veces más grandes
que sus agujeros negros, es muy difícil que dos objetos de tamaños tan
diferentes afecten directamente el uno al otro. De ahí la siguiente pregunta:
¿cómo puede desarrollarse semejante relación?
Con el fin de aclarar el misterio, un equipo
de astrónomos aprovechó la alta resolución de ALMA para observar el centro de
la galaxia espiral M77. Se trata de un núcleo galáctico activo, o
AGN en su sigla en inglés, donde el agujero negro súper masivo recibe un rápido
flujo de materia que emite una intensa luz. Como son capaces de afectar su
entorno, estos núcleos galácticos activos son una pieza clave para dilucidar el
misterio de la co evolución de las galaxias y los agujeros negros.
Los astrónomos produjeron una imagen del área
que rodea el agujero negro supermasivo de M77 y revelaron una compacta
estructura de gas con un radio de 20 años luz. De esa forma, descubrieron que
la estructura de gas gira alrededor del agujero negro, tal como habían
previsto.
“Para interpretar
varios aspectos de la observación de los núcleos galácticos activos, los
astrónomos supusieron la existencia de toroides giratorios de gas alrededor de
los agujeros negros súper masivos activos. Esto se conoce como ‘modelo
unificado’ del AGN”, explica Masatoshi Imanishi, del Observatorio Astronómico
Nacional de Japón, quien firma como autor principal de un artículo publicado
en The Astrophysical Journal Letters. “Sin embargo, el toroide de
gas es diminuto. Gracias a la resolución de ALMA, ahora podemos ver
directamente la estructura”.
Muchos astrónomos habían observado el centro
de M77 antes, pero nunca se había visto con tanta claridad el movimiento
giratorio del toroide de gas alrededor del agujero negro. Además de tener una
capacidad de resolución superior, ALMA permite aislar las líneas de emisión
molecular, lo cual fue fundamental para revelar la estructura.
El equipo
observó emisiones de microondas características de las moléculas de ácido
cianhídrico (HCN) y del ión formilo (HCO+). Estas
moléculas emiten microondas solo en presencia de gas denso, mientras que el
monóxido de carbono (CO) se observa con mayor frecuencia y emite microondas en
distintas condiciones [1]. Se creía que el toroide alrededor del núcleo
galáctico activo era muy denso, y la estrategia de los astrónomos permitió dar
en el clavo.
“Las observaciones
anteriores habían revelado la elongación este-oeste del toroide de polvo y gas.
La dinámica revelada por los datos de ALMA coincide a la perfección con el
sentido de rotación que se esperaba observar en el toroide”, celebra Imanishi.
Lo interesante es que la distribución del gas
alrededor del agujero negro súper masivo es mucho más compleja de lo que
indicaría un simple modelo unificado. El toroide parece ser asimétrico, y su
movimiento giratorio no sigue únicamente la gravedad del agujero negro, sino
que además presenta movimientos muy aleatorios. Esto podría ser un indicio de
que el núcleo galáctico activo tuvo una historia violenta, que podría incluir
una fusión con una galaxia más pequeña [2]. No obstante, la identificación del
toroide giratorio es un paso importante.
Nuestra galaxia, la Vía Láctea, también tiene
un agujero negro súper masivo en el centro, aunque se encuentra en un estado
muy tranquilo y solo recibe una diminuta cantidad de gas. Por eso, a la hora de
estudiar los núcleos galácticos activos en detalle, los astrónomos tienen que
observar los centros de galaxias distantes.
M77 es una de las más cercanas e
idóneas para las observaciones de este tipo.
Los resultados de este estudio se publicaron
en el artículo de Imanishi titulado “ALMA Reveals an Inhomogeneous Compact
Rotating Dense Molecular Torus at the NGC 1068 Nucleus” (‘ALMA revela denso
toroide molecular giratorio compacto y heterogéneo en núcleo de NGC 1068’), en
la revista Astrophysical Journal Letters (1 de febrero de
2018, 853, L25).
El equipo de investigación estuvo integrado
por Masatoshi Imanishi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI),
Kouichiro Nakanishi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI),
Takuma Izumi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón) y Keiichi Wada
(Universidad de Kagoshima).
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