La relación entre agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas.

ALMA profundiza el misterio sobre la relación entre agujeros negros superlativos y sus galaxias anfitrionas.
Representación artística donde se aprecia que el chorro de gas ionizado (verde) emanado del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia no afecta el proceso de formación estelar. Esto puede suceder cuando el chorro de gas ionizado es perpendicular a la nube de gas molecular. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Tras usar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar una galaxia activa que despide un fuerte chorro de gas ionizado de su centro, un equipo de astrónomos obtuvo resultados intrigantes: detectaron indicios fehacientes de la presencia de gas de monóxido de carbono (CO) en el disco galáctico. Sin embargo, también descubrieron que el CO que se asienta en la galaxia no se ve afectado por el chorro de gas ionizado.

Según un modelo muy difundido que explica la formación y evolución de las galaxias y los agujeros negros supermasivos, la radiación emitida por los centros de las galaxias, donde se encuentran los agujeros negros supermasivos, podría incidir considerablemente en la presencia de gas molecular (como el CO) y las actividades de formación estelar en las galaxias.

Los resultados de ALMA, sin embargo, muestran que el chorro de gas ionizado proveniente del agujero negro supermasivo no afecta necesariamente a la galaxia huésped. “La coevolución de las galaxias y los agujeros negros supermasivos pasó a ser aún más intrigante con este resultado”, afirma el Dr. Yoshiki Toba, del Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica (ASIAA, Taiwán), quien encabezó la investigación. “El próximo paso es buscar más datos sobre este tipo de galaxia. Será crucial para entender la formación y evolución de galaxias y agujeros negros supermasivos”.

Uno de los principales desafíos de la astronomía moderna ha sido entender cómo se formaron y evolucionaron las galaxias durante los 13.800 millones de años de vida que tiene el Universo. Los estudios realizados a la fecha ya revelaron que casi todas las galaxias masivas encierran un agujero negro supermasivo en el centro. Y los últimos hallazgos revelaron la existencia de una estrecha correlación entre la masa del agujero negro y la de su galaxia. De esa correlación se deduce que los agujeros negros supermasivos y sus galaxias huéspedes evolucionaron juntos e interactuaron, un fenómeno conocido como coevolución.

El chorro de gas proveniente de un agujero negro supermasivo empezó a llamar la atención recientemente debido a la posibilidad de que tuviera un papel clave en la coevolución. Hay un amplio consenso en torno a la teoría de que la intensa radiación emanada del centro de la galaxia, donde se encuentra el agujero negro supermasivo, ioniza [1] el gas circundante e incluso afecta el gas molecular a partir del cual se forman estrellas. Así, la intensa radiación activaría [2] o inhibiría [3] la formación de estrellas en las galaxias. Dicho esto, “los astrónomos no entienden la verdadera relación entre la actividad de los agujeros negros supermasivos y la formación de estrellas en las galaxias”, señala Tohru Nagao, profesor de la Universidad de Ehime. “Por eso, muchos astrónomos, nosotros incluidos, quieren observar la escena real de interacción entre el chorro nuclear y las actividades de formación estelar para resolver el misterio de la coevolución”.

El equipo estudió un tipo específico de objeto, conocido como galaxia oscurecida por el polvo, que tiene un rasgo distintivo: en vez de ser muy tenue en la luz visible, es muy brillante en el espectro infrarrojo.

Imagen de la galaxia WISE1029, oscurecida por el polvo. A la izquierda se ve una imagen óptica del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y a la derecha una imagen en infrarrojo medio del WISE. La imagen representa 30 arcosegundos cuadrados (1 arcosegundo equivale a 1/3.600 grados). Se ve claramente que las galaxias oscurecidas por el polvo son tenues en el espectro óptico pero increíblemente brillantes en el infrarrojo. El espectro del SDSS indica la presencia de un intenso chorro de gas ionizado que emana de WISE1029. Créditos: Sloan Digital Sky Survey/NASA/JPL-Caltech.

Los astrónomos creen que las galaxias oscurecidas por polvo albergan agujeros negros supermasivos en constante crecimiento en sus núcleos (*4). En particular, WISE1029 (o WISE1029+0501) despide un chorro de gas ionizado por la intensa radiación de su agujero negro supermasivo. WISE1029 es conocida por ser un caso extremo, lo cual ha motivado a los investigadores a estudiar su gas molecular.

Gracias a la sensibilidad de ALMA, ideal para estudiar las propiedades del gas molecular y de los procesos de formación estelar de las galaxias, los astrónomos basaron su investigación en la observación del CO y el polvo frío de la galaxia WISE1029. Tras un análisis detallado, para su sorpresa no detectaron cantidades significativas de gas molecular. Por lo demás, tampoco se detectó la activación ni la supresión de actividades de formación estelar. Esto significa que el fuerte chorro de gas ionizado que sale del agujero negro supermasivo de WISE1029 no afecta mucho ni el gas molecular circundante ni el proceso de formación estelar.

En muchos estudios anteriores se había observado que el chorro de gas ionizado generado por el poder de acreción de un agujero negro supermasivo tenía un gran impacto en el gas molecular circundante (véanse las notas 2 y 3). Sin embargo, existen casos poco frecuentes como este, donde no hay una interacción cercana entre el gas ionizado y el gas molecular. Los resultados obtenidos por Yoshiki y su equipo indican que la radiación de un agujero negro supermasivo no siempre afectan el gas molecular y la formación de estrellas en la galaxia huésped.

Emisión del monóxido de carbono (izquierda) y emisión del polvo frío (derecha) en WISE1029 observadas con ALMA. La imagen representa 3 arcosegundos cuadrados. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Toba et al.

Notas.
[1] Fenómeno donde las radiaciones ultravioletas y de rayos X generan un estado de plasma neutro.
[2] Véase el comunicado de ALMA titulado “Chorros de agujero negro son combustible para formación estelar”, del 14 de febrero de 2017.
[3] Véase el comunicado de ALMA titulado “Caótica turbulencia agita a la ‘galaxia más luminosa’ del Universo”, del 18 de febrero de 2016.
[4] Véase el comunicado de prensa del telescopio Subaru titulado “Discovering Dust-Obscured Active Galaxies as They Grow” (‘Descubrimiento de galaxias activas oscurecidas por polvo en crecimiento’), del 26 de agosto de 2015.

Información adicional.
Los resultados de esta observación se consignaron en el artículo de Toba et al. titulado “No sign of strong molecular gas outflow in an infrared-bright dust-obscured galaxy with strong ionized-gas outflow” (‘Ninguna señal de fuerte chorro de gas molecular en galaxia oscurecida por polvo y brillante en el espectro infrarrojo con fuerte chorro de gas ionizado’), publicado en The Astrophysical Journal en diciembre de 2017, enlace al artículo.

Esta investigación fue realizada por:
Yoshiki Toba (Academia Sinica), Shinya Komugi (Universidad Kogakuin), Tohru Nagao (Universidad de Ehime), Takuji Yamashita (Universidad de Ehime), Wei-Hao Wang (Academia Sinica), Masatoshi Imanishi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Ai-Lei Sun (Academia Sinica, ahora Universidad Johns Hopkins).

La soledad del ALMA. Crédito: ESO.

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• Publicado en ALMA el 20 de febrero del 2.017.