Un anillo de polvo cósmico esconde un agujero negro supermasivo

CIENCIAS

Un anillo de polvo cósmico esconde un
agujero negro supermasivo
Un avanzado instrumento infrarrojo ha observado que la espesa nube de
polvo del centro de la galaxia Messier 77 es lo suficientemente gruesa como
para ocultar el agujero negro que está en su interior. El hallazgo confirma el
llamado ‘modelo unificado’ de los núcleos galácticos activos predicho hace
30 años.

Enrique Sacristán                  16/2/2022 17:00 CEST

Galaxia activa Messier 77 y vista de su núcleo galáctico activo (AGN) captado por el instrumento
MATISSE. / ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

Los núcleos activos de galaxia (AGN, por sus siglas en inglés) son regiones
muy luminosas situadas en el centro de algunas galaxias y se cree que están
alimentados por agujeros negros supermasivos. Estos atraen al polvo y gas
cósmico que circulan a su alrededor formando un disco de acreción y un
enorme toroide o gigantesco anillo.

Al ver su espectro luminoso, los AGN aparecen con unas zonas con líneas
anchas y otras estrechas. Los núcleos con espectros de ambas zonas se
conocen como objetos de tipo 1 (el núcleo brillante es visible hacia el centro
del toroide), mientras que los que tienen solo la región de líneas estrechas
son de tipo 2 (el grueso toroide, casi de canto, oculta el núcleo).

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               Nuestros resultados indican, de
               manera indirecta, que existe una
               estructura de polvo muy densa y un
               tanto gruesa, lo suficiente como
               para ocultar al agujero negro que
               está en el centro de la
               galaxia Messier 77
               Violeta Gámez Rosas (Univ. de Leiden)

Hace 30 años se propuso un modelo unificado donde se indicaba que el tipo
1 y el tipo 2 son la misma AGN, tan solo cambia el punto de vista desde el
que se observa desde la Tierra, y también pronosticó que la línea de visión
de los objetos de tipo 2 hace que queden oscurecidos por el toroide
polvoriento de materia que alimenta al agujero.

Ahora se confirma este modelo con las observaciones extraordinariamente
detalladas del centro de la galaxia espiral Messier 77, también conocida
como NGC 1068, que ha realizado un equipo de astrónomos liderado por la
investigadora Violeta Gámez Rosas de la Universidad de Leiden (Países
Bajos). El estudio se publica esta semana en la revista Nature.

“Nuestros resultados indican, de manera indirecta, que existe una estructura
de polvo muy densa y un tanto gruesa, lo suficiente como para ocultar al
hoyo o agujero negro que está en el centro de la galaxia”, explica Gámez a
SINC, quien aclara como se puede ver un AGN: “Si ves el núcleo
directamente (el agujero negro con su disco de acreción), que es lo que se
llama blazar, el toroide no se interpone, pero si no logras verlo estaríamos en
el tipo 2, donde el toroide de polvo está obscureciéndolo; y el tipo 1 es un
caso en medio”.

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Imagen del polvo alrededor de un núcleo activo de galaxia , indicando desde donde se ven los de
tipo 1 y 2. / Robert Antonucci/Nature

Para escanear el centro de Messier 77, ubicado a 47 millones de años luz en
la constelación de Cetus, el equipo utilizó el
instrumento MATISSE (experimento espectroscópico multi apertura en el
infrarrojo medio), instalado en el interferómetro del Very Large
Telescope que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en el desierto
chileno de Atacama.

“Con las imágenes que tomamos en un rango espectral muy amplio en el
infrarrojo pudimos hacer un mapa de temperaturas y densidades”, explica la
investigadora, “y al sobreponer estos mapas con otros en frecuencias de
radio, pudimos definir la posición del agujero negro, que cae justo entre dos
de las estructuras del polvo más caliente que encontramos. Esto quiere decir
que el polvo más frío que envuelve a estos componentes está ocultando al
agujero junto con su disco de acreción”.

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Ilustración del núcleo de Messier 77, cuya región central está alimentada por un agujero negro
supermasivo rodeado por un delgado disco de acreción. Este, a su vez, está rodeado por un
grueso anillo o toroide de gas y polvo que oscurece nuestra visión del agujero. Aparecen también
chorros y vientos polvorientos que fluyen hacia el exterior. / ESO/M. Kornmesser and L. Calçada

La comunidad astronómica ya había hallado antes evidencias para apoyar el
modelo unificado, incluyendo la detección de polvo caliente en el centro de
Messier 77. Sin embargo, persistían dudas sobre si este polvo podría ocultar
completamente un agujero negro y, por tanto, explicar por qué este AGN
brilla con menos intensidad que otros en luz visible.

Los hallazgos confirman el modelo unificado de núcleos
     activos de galaxia (AGN) planteado hace 30 años

Combinando las variaciones en la temperatura del polvo (en un ambiente a
unos 1200 °C) causadas por la intensa radiación del agujero negro con los
mapas de absorción, el equipo construyó la imagen detallada del material
polvoriento e identificó dónde debe estar el agujero negro.

El análisis del polvo (en un anillo interior grueso y un disco más extendido),

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con el agujero negro colocado en el centro, apoya así el modelo unificado.
Para construir la imagen, el equipo también utilizó datos de ALMA (Atacama
Large Millimeter/submillimeter Array), copropiedad de ESO, y del Very Long
Baseline Array (VLBA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía de EE
UU.

Misterio con las temperaturas
“La similitud que encontramos en las morfologías de las imágenes de ALMA
y una de las bandas de MATISSE (la llamada banda N) es bastante
inesperada”, reconoce Gámez, “ya que la emisión de la primera se debe a
gas a millones de grados centígrados, y en el caso de la segunda se debe a
polvo a temperatura ambiente. Si ambos coinciden espacialmente es difícil
de explicar cómo puede sobrevivir el polvo”.

"Nuestros resultados deberían llevarnos a una mejor comprensión del
funcionamiento interno de los AGN”, concluye la astrónoma, “y también
podrían ayudarnos a comprender mejor la historia de la Vía Láctea, que
alberga un agujero negro supermasivo en su centro que puede haber estado
activo en el pasado”.

   Referencia:

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   Violeta Gámez Rosas et al. “Thermal imaging of dust hiding the black
   hole in NGC 1068”. Nature, 2022

Derechos: Creative Commons.

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