Descubren un agujero negro supermasivo escondido en un anillo de polvo cósmico

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…

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, publicados en la revista Nature, han confirmado las predicciones realizadas hace unos 30 años y están dando a los astrónomos una nueva visión 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 que se encuentran en el centro de algunas galaxias. Estos agujeros negros se alimentan de grandes volúmenes de polvo y gas cósmicos. Antes de ser devorado, este material se dirige en espiral hacia el agujero negro y en el proceso se liberan enormes cantidades de energía, que a menudo eclipsan a todas las estrellas de la galaxia.

Los astrónomos han sentido curiosidad por los AGNs desde que vieron por primera vez estos objetos brillantes en la década de 1950. Ahora, gracias al VLTI de ESO, un equipo internacional de investigadores, dirigido por Violeta Gámez Rosas, de la Universidad de Leiden (Países Bajos), ha dado un paso clave para entender cómo funcionan y cómo son de cerca.

Al realizar observaciones extraordinariamente detalladas del centro de la galaxia Messier 77, también conocida como NGC 1068, Gámez Rosas y su equipo, en el que se encuentran científicos de Austria, Alemania, Países Bajos, Francia, Estados Unidos, Chile y Australia, detectaron un grueso anillo de polvo y gas cósmico que oculta un agujero negro supermasivo. Este descubrimiento proporciona pruebas vitales para apoyar una teoría de hace 30 años conocida como el Modelo Unificado de los AGN.

El papel de las nubes de polvo

Los astrónomos saben que hay diferentes tipos de AGN. Por ejemplo, algunos emiten ráfagas de ondas de radio y otros no- algunos AGN brillan con 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 de apariencia entre los AGNs es resultado de la orientación con 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.

Los astrónomos ya habían encontrado algunas pruebas que apoyaban el Modelo Unificado, incluyendo la detección de polvo caliente en el centro de Messier 77. Sin embargo, seguían existiendo dudas sobre si este polvo podía ocultar completamente un agujero negro y, por 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 cuando se ve desde la Tierra han sido cuestiones centrales en los estudios de los AGN durante las últimas tres décadas -explica Gámez Rosas-. Aunque ningún resultado resolverá todas las preguntas que tenemos, hemos dado un paso importante en la comprensión del funcionamiento de los AGN».

Las observaciones fueron posibles gracias al Experimento Espectroscópico de Apertura Múltiple en el Infrarrojo Medio (MATISSE) montado en el VLTI de ESO, situado en el desierto de Atacama, en Chile. MATISSE combinó la luz infrarroja recogida por los cuatro telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO mediante una técnica llamada interferometría. El equipo utilizó MATISSE para escanear el centro de Messier 77, situado a 47 millones de años luz 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. Como el VLTI es, de hecho, un interferómetro muy grande, tenemos la resolución necesaria para ver lo que ocurre incluso en galaxias tan lejanas como Messier 77. Las imágenes que obtuvimos detallan los cambios de temperatura y absorción de las nubes de polvo alrededor del agujero negro», explica el coautor Walter Jaffe, profesor de la Universidad de Leiden.

Cambios en la temperatura

Combinando los cambios en la temperatura del polvo (de alrededor de la temperatura ambiente a unos 1.200 °C) causados por la intensa radiación del agujero negro con los mapas de absorción, el equipo construyó una imagen detallada del polvo y señaló dónde debía estar el agujero negro.

El polvo –en un grueso anillo interior y un disco más extenso– con el agujero negro situado en su centro apoya el Modelo Unificado. El equipo también utilizó datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, copropiedad de ESO, y del National Radio Astronomy Observatory’s Very Long Baseline Array 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 entender mejor la historia de la Vía Láctea, que alberga un agujero negro supermasivo en su centro que podría haber estado activo en el pasado».

Los investigadores quieren ahora utilizar el VLTI de ESO para encontrar más evidencias que apoyen el Modelo Unificado de AGNs considerando una muestra más amplia de galaxias.

El miembro del equipo Bruno López, investigador principal de MATISSE en el Observatorio de la Costa Azul en Niza (Francia), destaca que «Messier 77 es un importante prototipo de AGN y una maravillosa motivación para ampliar nuestro programa de observación y optimizar MATISSE para abordar una muestra más amplia de AGNs».

El Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, que comenzará a observar a finales de esta década, también ayudará a la búsqueda, proporcionando resultados que complementarán los hallazgos del equipo y les permitirán explorar la interacción entre los AGN y las galaxias.