16 febrero 2022
El Interferómetro del Telescopio Muy Grande del Observatorio Europeo Austral (VLTI de ESO) ha observado una nube de polvo cósmico en el centro de la galaxia Messier 77 que oculta un agujero negro supermasivo. Los hallazgos han confirmado las predicciones hechas hace unos 30 años y están dando a los astrónomos una nueva perspectiva de los "núcleos galácticos activos", algunos de los objetos más brillantes y enigmáticos del universo.
Los núcleos galácticos activos (AGN) son fuentes extremadamente energéticas alimentadas por agujeros negros supermasivos y se encuentran en el centro de algunas galaxias. Estos agujeros negros se alimentan de grandes volúmenes de polvo y gas cósmicos. Antes de ser consumido, este material gira en espiral hacia el agujero negro y se liberan enormes cantidades de energía en el proceso, a menudo eclipsando a todas las estrellas de la galaxia.
Los astrónomos han 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, dirigido por Violeta Gámez Rosas de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, ha dado un paso clave para comprender cómo funcionan y cómo se ven de cerca. Los resultados se publican hoy en Nature .
Al realizar 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 respaldar una teoría de 30 años conocida como el Modelo Unificado de AGN.
Los astrónomos saben que existen diferentes tipos de AGN. Por ejemplo, algunos emiten ráfagas de ondas de radio mientras que otros no; ciertos AGN brillan con luz visible, mientras que otros, como Messier 77, son más tenues. El Modelo Unificado establece 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 oscurezca el anillo el agujero negro desde nuestro punto de vista, ocultándolo por completo en algunos casos.
Los astrónomos habían encontrado alguna evidencia para respaldar el modelo unificado antes, incluida la detección de polvo caliente en el centro de Messier 77. Sin embargo, quedaban dudas sobre si este polvo podría ocultar completamente un agujero negro y, por lo tanto, explicar por qué este AGN brilla menos en luz visible que otros.
“La naturaleza real de las nubes de polvo y su papel tanto en la alimentación del agujero negro como en la determinación de su aspecto visto desde la Tierra han sido cuestiones centrales en los estudios de AGN durante las últimas tres décadas”, explica Gámez Rosas. "Si bien ningún resultado único resolverá todas las preguntas que tenemos, hemos dado un paso importante para comprender cómo funcionan los AGN".
Las observaciones fueron posibles gracias al Experimento espectroscópico de infrarrojo medio de apertura múltiple ( MATISSE ) montado en el VLTI de ESO , ubicado en el desierto de Atacama en Chile. MATISSE combinó la luz infrarroja recolectada por los cuatro telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO utilizando una técnica llamada interferometría. El equipo usó 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 sucede incluso en galaxias tan lejanas como Messier 77. Las imágenes que obtuvimos detallan los cambios de temperatura y la absorción de las nubes de polvo alrededor del agujero negro. ” , dice el coautor Walter Jaffe, profesor de la Universidad de Leiden.
Combinando los cambios en la temperatura del polvo (desde alrededor de la temperatura ambiente hasta alrededor de 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 extenso, con el agujero negro colocado en su centro, sostiene el Modelo Unificado. El equipo también utilizó datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, copropiedad de ESO, y el Very Long Baseline Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía para construir su imagen.
“Nuestros resultados deberían conducir 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 pudo haber estado activo en el pasado”.
Los investigadores ahora buscan utilizar el VLTI de ESO para encontrar más evidencia de respaldo del Modelo Unificado de AGN al considerar una muestra más grande de galaxias.
El miembro del equipo Bruno López, investigador principal de MATISSE en el Observatoire de la Côte d'Azur en Niza, Francia, dice: "Messier 77 es un importante prototipo de AGN y una maravillosa motivación para expandir nuestro programa de observación y optimizar MATISSE para abordar un ámbito más amplio". muestra de AGN".
El Extremely Large Telescope ( ELT ) de ESO, que comenzará a observar a finales de esta década, también ayudará en la búsqueda, brindando resultados que complementarán los hallazgos del equipo y les permitirán explorar la interacción entre los AGN y las galaxias.
Más información
Esta investigación se presentó en el artículo “Imágenes térmicas del polvo que oculta el agujero negro en la galaxia activa NGC 1068” ( doi: 10.1038/s41586-021-04311-7 ) que aparecerá en Nature .
El equipo está compuesto 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 (Université Côte d'Azur, Observatoire de la Côte d'Azur, CNRS, Laboratoire 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 BFM Waters (Departamento de Astrofísica/IMAPP, Universidad de Radboud, Países Bajos; SRON, Instituto Holandés para el Espacio Research, 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 (Univ. 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 (NASA Goddard Space Flight Center, 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 de 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 MV Impellizzeri (Leiden),Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1er Instituto de Física, Universidad de Colonia, Alemania), Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, Francia), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney , Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (Observatorio Europeo Austral, Garching bei München, Alemania [ESO]), Sebastian Wolf (Instituto de Estudios Teóricos Física y Astrofísica, Universidad de Kiel, Alemania), Gideon Yoffe (MPIA) y Gerard Zins (ESO-Chile).Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, Francia), Jörg- Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Instituto de Astronomía de Sydney, Universidad de Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (Observatorio Europeo Austral, Garching bei München, Alemania [ESO]), Sebastian Wolf (Instituto de Física Teórica y Astrofísica, Universidad de Kiel, Alemania), Gideon Yoffe (MPIA) y Gerard Zins (ESO-Chile).Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, Francia), Jörg- Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Instituto de Astronomía de Sydney, Universidad de Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (Observatorio Europeo Austral, Garching bei München, Alemania [ESO]), Sebastian Wolf (Instituto de Física Teórica y Astrofísica, Universidad de Kiel, Alemania), Gideon Yoffe (MPIA) y Gerard Zins (ESO-Chile).Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (Observatorio Europeo Austral , Garching bei München, Alemania [ESO]), Sebastian Wolf (Instituto de Física Teórica y Astrofísica, Universidad de Kiel, Alemania), Gideon Yoffe (MPIA) y Gerard Zins (ESO-Chile).Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Australia [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (Observatorio Europeo Austral , Garching bei München, 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 en Francia (J.-L. Lagrange Laboratory — INSU-CNRS — Côte d'Azur Observatory — University of Nice 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 brindado algún apoyo en la fabricación del instrumento.
El Observatorio Europeo Austral (ESO) permite a los científicos de todo el mundo descubrir los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de clase mundial en tierra, que los astrónomos utilizan para abordar preguntas interesantes y difundir la fascinación de la astronomía, y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecido como una organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados miembros (Austria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, Francia, Finlandia, Alemania, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, España, Suecia, Suiza y Reino Unido), junto con el estado anfitrión de Chile y con Australia como Socio Estratégico. La sede de ESO y su centro de visitantes y planetario, ESO Supernova, están ubicados cerca de Munich en Alemania, mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope y su Very Large Telescope Interferometer, así como dos telescopios de sondeo, VISTA que trabaja en el infrarrojo y el VLT Survey Telescope de 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. Junto con socios internacionales, ESO opera APEX y ALMA en Chajnantor, 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 Extremely Large Telescope de ESO. Desde nuestras oficinas en Santiago,
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