Del material que están hechos los agujeros negros.

El material que oscurece los agujeros negros supermasivos, la conexión con sus galaxias anfitrionas.

Imagen de la galaxia NGC 1068 en primer plano, capturada por el Telescopio Espacial Hubble. Este agujero negro activo, la ilustración que aparece en el recuadro ampliado, es uno de los más oscurecidos que se conocen, ya que está rodeado de nubes extremadamente densas de gas y polvo, las cuales normalmente se estudian haciendo uso de observaciones infrarrojas y de rayos-X. 
Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Los agujeros negros parecen jugar un papel fundamental en cómo evolucionan las galaxias a lo largo de su vida durante una fase en la que están activos y consumen material de la propia galaxia para alimentarse. Durante esta fase, se dice que la galaxia contiene un núcleo activo (AGN), y al efecto que esta actividad nuclear produce en la galaxia anfitriona se le conoce como retroalimentación del AGN. Estos efectos son varios: el AGN puede calentar, perturbar, consumir e incluso barrer hacia fuera el gas a partir del cual se forman nuevas estrellas y se alimenta el propio núcleo activo, con lo cual se impide que la galaxia anfitriona siga creciendo. De hecho, la retroalimentación del AGN es uno de los ingredientes fundamentales que usan las simulaciones de formación de galaxias para explicar las observaciones de galaxias masivas a distancias cosmológicas. "Si la retroalimentación del AGN no se tiene en cuenta en las simulaciones - advierte Cristina Ramos -, el número de galaxias masivas que éstas predicen cuando el Universo era mucho más joven es demasiado alto en comparación con el que se observa".

Sin embargo, a pesar de su importancia, estudiar directamente la influencia que la actividad nuclear tiene en la evolución de las galaxias es muy complicado porque son procesos que ocurren en escalas espaciales y de tiempo muy diferentes. Las galaxias masivas albergan agujeros negros supermasivos extremadamente compactos de millones o incluso miles de millones de masas solares en sus centros. Se estima que las fases de actividad nuclear duran muy poco, entre uno y cien millones de años, mientras que los procesos de evolución galáctica, como el crecimiento del bulbo o la formación de barras, duran muchísimo más. Así pues, para estudiar la conexión que existe entre el AGN y la galaxia anfitriona, "necesitamos - explica Claudio Ricci - mirar al núcleo de las galaxias, donde se encuentra el material que los conecta. Este material consiste principalmente en gas y polvo, los cuales normalmente se estudian haciendo uso de observaciones en los rangos infrarrojo y rayos-X."

Imagen de autor de un agujero negro supermasivo.
Crédito: ESO

En el artículo de revisión que publica hoy la revista Nature Astronomy, los investigadores han tratado de resumir y dar una visión conjunta del conocimiento actual, gracias a estas observaciones infrarrojas y en rayos-X, sobre el material que oscurece a los núcleos activos de galaxias. Este conocimiento ha aumentado mucho en los últimos años gracias a instrumentos y telescopios como CanariCam en el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), del Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), y el Very Large Array Interferometer (VLTI) en el infrarrojo, así como a satélites de rayos-X como NuSTAR, Swift/BAT y Suzaku.

"Ahora sabemos - añade Cristina Ramos - que el material nuclear es más complejo y dinámico de lo que pensábamos hace unos años: es muy compacto, está formado por nubes de gas y polvo que rotan en torno al agujero negro central, y sus propiedades dependen del brillo del AGN y del ritmo al que el agujero negro consume el material de la galaxia anfitriona. Además, sabemos que no es una estructura aislada, sino que está conectada con la galaxia a través de chorros de material saliente y entrante que forman parte de un ciclo que tiene como fin alimentar al agujero negro y posiblemente regular la formación de nuevas estrellas".

Recientemente, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha proporcionado la primera imagen del material que oscurece a los núcleos activos y los conecta con su galaxia anfitriona. ALMA observa en los rangos milimétrico y sub-milimétrico, y éste último permite estudiar el gas y el polvo más frío que rodea al AGN. En el caso de la galaxia NGC 1068, ALMA ha demostrado que este material se distribuye en forma de disco muy compacto, de 7-10 pársecs (pc), 22,82 - 32,61 años luz, de diámetro, y que además de los movimientos normales de rotación de ese disco, hay movimientos no circulares que corresponden a gas desplazándose a altas velocidades que escapan del núcleo. "Durante la próxima década, una nueva generación de instrumentos y telescopios infrarrojos y rayos-X nos permitirán continuar avanzando en nuestro conocimiento de este material nuclear y cómo se conecta con su galaxia anfitriona", concluye Claudio Ricci.

Artículo de revisión: 

“Nuclear obscuration in active galactic nuclei” por Cristina Ramos Almeida y Claudio Ricci, artículo en línea.

Equipo de trabajo:

Cristina Ramos Almeida, Claudio Ricci.

Publicado en IAC el 25 de septiembre del 2017.