Descubierto un agujero negro supermasivo escondido en un anillo de polvo cósmico en Messier 77
16 de Febrero de 2022
El Interferómetro del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLTI de ESO) ha observado una nube de polvo cósmico en el centro de la galaxia Messier 77 que esconde un agujero negro supermasivo. Los hallazgos han confirmado predicciones hechas hace unos 30 años y están dando a la comunidad astronómica una nueva visión de los "núcleos galácticos activos", uno de los objetos más brillantes y enigmáticos del universo.
Los núcleos activos de galaxia (AGN por sus siglas en inglés) son fuentes extremadamente energéticas alimentadas por agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de algunas galaxias. Estos agujeros negros se alimentan de grandes volúmenes de polvo y gas cósmico. Antes de ser devorado, este material gira en espiral hacia el agujero negro y, durante el proceso, se liberan enormes cantidades de energía, eclipsando a menudo a todas las estrellas de la galaxia.
La comunidad astronómica ha sentido curiosidad por los AGN desde que vieron por primera vez estos objetos brillantes en la década de 1950. Ahora, gracias al VLTI de ESO, un equipo de investigadores e investigadoras, liderado por Violeta Gámez Rosas de la Universidad de Leiden (Países Bajos), ha dado un paso clave para comprender de cerca cómo funcionan y desvelarnos cuál es su aspecto. Los resultados se publican hoy en Nature.
Mientras llevaban a cabo observaciones extraordinariamente detalladas del centro de la galaxia Messier 77, también conocida como NGC 1068, Gámez Rosas y su equipo detectaron un grueso anillo de polvo cósmico y gas que ocultaba un agujero negro supermasivo. Este descubrimiento proporciona evidencia vital para apoyar una teoría de hace 30 años conocida como el Modelo Unificado de AGN.
La comunidad astronómica sabe que hay diferentes tipos de AGN. Por ejemplo, algunos lanzan ráfagas de ondas de radio, mientras que otros no; ciertos AGN brillan intensamente en luz visible, mientras que otros, como Messier 77, son más tenues. El Modelo Unificado afirma que, a pesar de sus diferencias, todos los AGN tienen la misma estructura básica: un agujero negro supermasivo rodeado por un grueso anillo de polvo.
Según este modelo, cualquier diferencia en la apariencia entre los AGN resulta de la orientación en la que vemos el agujero negro y su grueso anillo desde la Tierra. El tipo de AGN que vemos depende de cuánto oscurece el anillo al agujero negro desde nuestro punto de vista, ocultándolo completamente en algunos casos.
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 lo tanto, explicar por qué este AGN brilla con menos intensidad que otros en luz visible.
"La verdadera naturaleza de las nubes de polvo y su papel tanto en la alimentación del agujero negro como en la determinación de cuál es su aspecto cuando se ve desde la Tierra han sido preguntas centrales en los estudios de AGN de las últimas tres décadas", explica Gámez Rosas. "Aunque ningún resultado único resolverá todas las preguntas que tenemos, hemos dado un paso importante en la comprensión de cómo funcionan los AGN".
Las observaciones fueron posibles gracias al instrumento MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment, experimento espectroscópico multi apertura en el infrarrojo medio), instalado en el VLTI de ESO, ubicado en el desierto de Atacama (Chile). MATISSE combinó la luz infrarroja recibida por los cuatro telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO utilizando una técnica llamada interferometría. El equipo utilizó MATISSE para escanear el centro de Messier 77, ubicado a 47 millones de años luz de distancia en la constelación de Cetus.
"MATISSE puede ver una amplia gama de longitudes de onda infrarrojas, lo que nos permite ver a través del polvo y medir con precisión las temperaturas. Debido a que el VLTI es, de hecho, un interferómetro muy grande, tenemos la resolución para ver lo que está sucediendo incluso en galaxias tan lejanas como Messier 77. Las imágenes que obtuvimos detallan los cambios en la temperatura y la absorción de las nubes de polvo alrededor del agujero negro", afirma el coautor Walter Jaffe, profesor de la Universidad de Leiden.
Combinando los cambios en la temperatura del polvo (de alrededor de la temperatura ambiente a aproximadamente 1200 ° C) causados por la intensa radiación del agujero negro con los mapas de absorción, el equipo construyó una imagen detallada del polvo e identificó dónde debe estar el agujero negro. El polvo (en un anillo interior grueso y un disco más extendido), con el agujero negro colocado en el centro, apoya el Modelo Unificado. Para construir la imagen, el equipo también utilizó datos de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), copropiedad de ESO, y del VLBA (Very Long Baseline Array), del Observatorio Nacional de Radioastronomía (EE.UU.).
"Nuestros resultados deberían llevarnos a una mejor comprensión del funcionamiento interno de los AGN", concluye Gámez Rosas. "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".
El equipo tiene la intención de usar el VLTI de ESO para encontrar más evidencias que apoyen el Modelo Unificado de AGN incluyendo una muestra más grande de galaxias.
Bruno López, miembro del equipo e investigador principal de MATISSE en el Observatorio de la Costa Azul en Niza, Francia, declara: "Messier 77 es un prototipo importante de AGN y una motivación maravillosa para expandir nuestro programa de observación y optimizar MATISSE con el fin de acometer el estudio de una muestra más amplia de AGN".
El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, que comenzará a observar a finales de esta década, también ayudará en la búsqueda, proporcionando resultados que complementarán los hallazgos del equipo y les permitirán explorar la interacción entre AGN y galaxias.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7), que aparece en la revista Nature.
El equipo está formado por Violeta Gámez Rosas (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos [Leiden]); Jacob W. Isbell (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]); Walter Jaffe (Leiden); Romain G. Petrov (Universidad de la Costa Azul, Observatorio de la Costa Azul, CNRS, Laboratorio Lagrange, Francia [OCA]); James H. Leftley (OCA); Karl-Heinz Hofmann (Instituto Max Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania [MPIfR]); Florentin Millour (OCA); Leonard Burtscher (Leiden); Klaus Meisenheimer (MPIA); Anthony Meilland (OCA); Laurens B. F. M. Waters (Departamento de Astrofísica/IMAPP, Universidad Radboud, Países Bajos; SRON, Instituto de Investigación Espacial de Países Bajos, Países Bajos); Bruno Lopez (OCA); Stéphane Lagarde (OCA); Gerd Weigelt (MPIfR); Philippe Berio (OCA); Fatme Allouche (OCA); Sylvie Robbe-Dubois (OCA); Pierre Cruzalèbes (OCA); Felix Bettonvil (ASTRON, Dwingeloo, Países Bajos [ASTRON]); Thomas Henning (MPIA); Jean-Charles Augereau (Universidad Grenoble Alpes, CNRS, Instituto de Ciencias Planetarias y Astrofísica, Francia [IPAG]); Pierre Antonelli (OCA); Udo Beckmann (MPIfR); Roy van Boekel (MPIA); Philippe Bendjoya (OCA); William C. Danchi (Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, EE.UU.); Carsten Dominik (Instituto de Astronomía Anton Pannekoek, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos [API]); Julien Drevon (OCA); Jack F. Gallimore (Departamento de Física y Astronomía, Universidad Bucknell, Lewisburg, Pensilvania, EE.UU.); Uwe Graser (MPIA); Matthias Heininger (MPIfR); Vincent Hocdé (OCA); Michiel Hogerheijde (Leiden; API); Josef Hron (Departamento de Astrofísica, Universidad de Viena, Austria); Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden); Lucia Klarmann (MPIA); Elena Kokoulina (OCA); Lucas Labadie (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Alemania); Michael Lehmitz (MPIA); Alexis Matter (OCA); Claudia Paladini (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO-Chile]); Eric Pantin (Centro de Estudios de Saclay, Gif-sur-Yvette, Francia); Jörg-Uwe Pott (MPIA); Dieter Schertl (MPIfR); Anthony Soulain (Instituto de Astronomía de Sídney, Universidad de Sídney, Australia [SIfA]); Philippe Stee (OCA); Konrad Tristram (ESO-Chile); Jozsef Varga (Leiden); Julien Woillez (Observatorio Europeo Austral, Garching -cerca de Múnich-, Alemania [ESO]); Sebastian Wolf (Instituto de Física Teórica y Astrofísica, Universidad de Kiel, Alemania); Gideon Yoffe (MPIA); y Gerard Zins (ESO-Chile).
MATISSE fue diseñado, financiado y construido, en estrecha colaboración con ESO, por un consorcio compuesto por institutos de Francia (J.-L. Laboratorio Lagrange — INSU-CNRS — Observatorio de la Costa Azul — Universidad de Niza Sophia-Antipolis), Alemania (MPIA, MPIfR y Universidad de Kiel), Países Bajos (NOVA y Universidad de Leiden) y Austria (Universidad de Viena). El Observatorio Konkoly y la Universidad de Colonia también han proporcionado apoyo en la fabricación del instrumento.
El Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados Miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza), junto con Chile, país anfitrión, y con Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania), mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), así como dos telescopios de rastreo: VISTA, que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios internacionales, ESO opera APEX y ALMA, dos instalaciones que observan los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large Telescope). Desde nuestras oficinas en Santiago (Chile), apoyamos el desarrollo de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos y con la sociedad chilena.
Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.
El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.
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