VLA hace la primera imagen directa de una característica clave de las poderosas galaxias de radio.

Estructura sugerida por los teóricos hace décadas.

Imagen VLA de la región central de la poderosa radio-galaxia Cygnus A, que muestra el toro en forma de rosquilla que rodea el agujero negro y el disco de acreción. Crédito: Carilli et al., NRAO / AUI / NSF.

Los astrónomos utilizaron el Conjunto Muy Grande Karl G. Jansky de la Fundación Nacional de Ciencias (VLA, por sus siglas en inglés) para crear la primera imagen directa de una característica polvorienta en forma de donut que rodea al agujero negro supermasivo en el centro de una de las galaxias de radio más poderosas del Universo. una característica que los teóricos publicaron por primera vez hace casi cuatro décadas como parte esencial de tales objetos.

Los científicos estudiaron Cygnus A, una galaxia a unos 760 millones de años luz de la Tierra. La galaxia alberga un agujero negro en su núcleo que es 2.500 millones de veces más masivo que el Sol. A medida que la poderosa atracción gravitacional del agujero negro atrae el material circundante, también impulsa chorros súper rápidos de material que se desplazan hacia afuera casi a la velocidad de la luz, produciendo espectaculares "lóbulos" de emisión de radio brillante.

Los "motores centrales" alimentados por el agujero negro que producen emisión brillante en varias longitudes de onda, y los chorros que se extienden más allá de la galaxia son comunes a muchas galaxias, pero muestran diferentes propiedades cuando se observan. Esas diferencias llevaron a una variedad de nombres, como cuásares, blazars o galaxias Seyfert. Para explicar las diferencias, los teóricos construyeron un "modelo unificado" con un conjunto común de características que mostrarían diferentes propiedades dependiendo del ángulo desde el que se ven.

El modelo unificado incluye el agujero negro central, un disco giratorio de material inflamado que rodea el agujero negro y los chorros que se apresuran hacia afuera desde los polos del disco. Además, para explicar por qué el mismo tipo de objeto se ve diferente cuando se ve desde diferentes ángulos, se incluye un "toro" grueso, polvoriento, en forma de donut, que rodea las partes internas. El toro oculta algunas características cuando se ve de lado, lo que lleva a diferencias aparentes para el observador, incluso para objetos intrínsecamente similares. Los astrónomos generalmente llaman a este conjunto común de características un núcleo galáctico activo (AGN).

"El toro es una parte esencial del fenómeno AGN, y existe evidencia de tales estructuras en AGN cercanas de menor luminosidad, pero nunca antes hemos visto directamente una en una radio-galaxia tan brillante", dijo Chris Carilli, del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO). "El toro ayuda a explicar por qué los objetos conocidos con diferentes nombres en realidad son lo mismo, solo  que se observan desde una perspectiva diferente", agregó.

Imagen VLA de la región central de la poderosa radio-galaxia Cygnus A, que muestra
el toro en forma de rosquilla que rodea el agujero negro y el disco de acreción
con etiquetas. Crédito: Carilli et al., NRAO / AUI / NSF.

En la década de 1950, los astrónomos descubrieron objetos que emitían fuertes ondas de radio, pero aparecían en forma de puntos, similares a estrellas distantes, cuando más tarde se observaban con telescopios de luz visible. En 1963, Maarten Schmidt, de Caltech, descubrió que uno de estos objetos era extremadamente distante, y más descubrimientos de este tipo siguieron rápidamente. Para explicar cómo estos objetos, denominados cuásares, podrían ser tan brillantes, los teóricos sugirieron que deben estar aprovechando la tremenda energía gravitatoria de los agujeros negros supermasivos. La combinación de agujero negro, el disco giratorio, llamado disco de acreción, y los chorros se denominó el "motor central" responsable de la proliferación de energía de los objetos.

El mismo tipo de motor central también pareció explicar la salida de otros tipos de objetos, incluidas las galaxias de radio, blazars y galaxias de Seyfert. Sin embargo, cada uno mostró un conjunto diferente de propiedades. Los teóricos trabajaron para desarrollar un "esquema de unificación" para explicar cómo lo mismo podría parecer diferente. En 1977, se sugirió el oscurecimiento por polvo como un elemento de ese esquema. En un artículo de 1982, Robert Antonucci, de la Universidad de California, Santa Bárbara, presentó un dibujo de un toro opaco, un objeto en forma de donut, que rodea el motor central. A partir de ese momento, un toro oculto ha sido una característica común de la visión unificada de los astrónomos de todos los tipos de núcleos galácticos activos.

“Cygnus A es el ejemplo más cercano de una poderosa galaxia emisora ​​de radio: 10 veces más cercana que cualquier otra con una emisión de radio similarmente poderosa. Esa proximidad nos permitió encontrar el toro en una imagen VLA de alta resolución del núcleo de la galaxia ", dijo Rick Perley, también de NRAO. "Hacer más trabajo de este tipo en objetos más débiles y más distantes casi seguramente requerirá la mejora de la magnitud y la resolución de la magnitud y la resolución que la propuesta Generación Muy Grande de Próxima Generación (ngVLA) traería", agregó.

Antenas del VLA. crédito: NRAO.

Las observaciones de VLA revelaron directamente el gas en el toro de Cygnus A, que tiene un radio de casi 900 años luz. Los modelos de larga data para el toro sugieren que el polvo está en las nubes incrustadas en el gas un tanto aglomerado.

"Es realmente genial ver finalmente la evidencia directa de algo que hemos presumido durante mucho tiempo que debería estar allí", dijo Carilli. “Para determinar con mayor precisión la forma y la composición de este toro, necesitamos hacer más observaciones. Por ejemplo, la matriz de gran milímetro / submilimétrico de Atacama (ALMA) puede observar las longitudes de onda que revelarán directamente el polvo ", agregó.

Carilli y Perley, junto con sus colegas Vivek Dhawan, también de NRAO, y Daniel Perley, de la Universidad John Moores de Liverpool, en el Reino Unido, descubrieron el toro al seguir su sorprendente descubrimiento en 2016 de un nuevo objeto brillante cerca del centro de Cygnus A. Dijeron que ese nuevo objeto es probablemente un segundo agujero negro supermasivo que recientemente encontró material nuevo que podría devorar, causando que produzca una emisión brillante de la misma manera que lo hace el agujero negro central. La existencia del segundo agujero negro, dijeron, sugiere que Cygnus A se fusionó con otra galaxia en el pasado astronómicamente reciente.

Cygnus A, llamado así porque es el objeto de emisión de radio más poderoso de la constelación de Cygnus, fue descubierto en 1946 por el físico y radioastrónomo inglés J.S. Oye. Fue emparejado con una galaxia gigante de luz visible por Walter Baade y Rudolf Minkowski en 1951. Se convirtió en un objetivo temprano para el VLA poco después de su finalización a principios de los años ochenta. Las imágenes detalladas de VLA de Cygnus A publicadas en 1984 produjeron avances importantes en la comprensión de los astrónomos de tales galaxias.

Los científicos están reportando sus hallazgos en el Astrophysical Journal Letters.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la Fundación Nacional de Ciencia, operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.

El video ilustra cómo el toro polvoriento en forma de donut que rodea el agujero negro y el disco de acreción en el centro de una radio-galaxia poderosa puede ocultar diferentes características cuando se ve desde diferentes ángulos. Esto explica cómo el mismo tipo de "motor central" puede aparecer diferente, lo que lleva a nombres diferentes para objetos vistos desde diferentes ángulos. Crédito: Bill Saxton, Sophia Dagnello, NRAO / AUI / NSF


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dfinley@nrao.edu

• Publicado en NRAO el 2 de marzo del 2.019, enlace publicación.