Observan fuente cósmica en todo su esplendor

A 1.000 millones de años luz de la Tierra se encuentra una de las estructuras más grandes del Universo: una enorme galaxia elíptica rodeada de un extenso cúmulo de galaxias conocido como Abell 2597. En medio de la galaxia central hay un agujero negro supermasivo que se comporta como una gran fuente cósmica, atrayendo grandes cantidades de gas molecular frío y arrojándolo al espacio en un flujo continuo.

Los astrónomos sostienen hace tiempo que las fuentes de este tipo hacen recircular en permanencia el combustible galáctico que alimenta el nacimiento de estrellas. Las nuevas observaciones de Abell 2597 realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) arrojaron indicios fehacientes de la existencia de este flujo de gas atraído y arrojado por el agujero negro supermasivo en forma simultánea. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la edición más reciente del Astrophysical Journal.

Imagen compuesta de Abell 2597 mostrando la ‘fuente’ de gas cósmico impulsada por el agujero negro supermasivo en la galaxia central. En amarillo los datos de ALMA del gas frío. En rojo los datos del Very Large Telescope (VLA) que muestra el hidrógeno caliente en la misma región. En púrpura se aprecia el gas ionizado caliente detectado por el observatorio de rayos-x Chandra. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT

“El agujero negro supermasivo situado en el centro de esta galaxia gigante actúa como la bomba mecánica de una fuente de agua”, explica Grant Tremblay, astrofísico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, en Cambridge, MA, EE. UU. y autor principal del artículo. “Este es uno de los primeros sistemas donde se encontraron pruebas claras de la presencia de un flujo entrante de gas molecular y de chorros lanzados hacia afuera o hacia arriba por el agujero negro”.

De acuerdo con los investigadores, todo el sistema opera mediante un bucle de retroalimentación autorregulado. El material atraído proporciona energía a la fuente mientras es “drenado” hacia el agujero negro, como el agua que ingresa a la bomba de una fuente. La entrada de este gas activa el agujero negro, que arroja chorros de material ultracaliente a gran velocidad hacia fuera de la galaxia. En su viaje, este material va empujando hacia afuera nubes e hilos de gas hacia el halo en expansión de la galaxia, desde donde terminan volviendo a fluir hacia el agujero negro y gatillando todo el proceso de nuevo.

Imagen de ALMA del gas molecular frío en Abell 2597. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), G. Tremblay et al.

En total, esta fuente tiene gas molecular equivalente a unos 3 mil millones de masas solares, en una nebulosa filamentaria que se extiende por los primeros 100.000 años luz de la galaxia.

En un estudio anterior publicado en la revista Nature, los mismos investigadores pudieron comprobar la interconexión del agujero negro y la fuente galáctica tras observar la región en distintas longitudes de onda, o porciones del espectro. Al usar ALMA para estudiar la ubicación y el movimiento de las moléculas de monóxido de carbono (CO), que emiten un fuerte brillo en longitudes de onda milimétricas, los astrónomos midieron el movimiento del gas en su trayecto hacia el agujero negro.

Los datos obtenidos anteriormente por el explorador espectroscópico MUSE del Very Large Telescope (VLT) de la ESO habían mostrado gas ionizado tibio saliendo de la galaxia: era, básicamente, el chorro de la fuente. Las nuevas observaciones realizadas con ALMA permitieron detectar nubes de gas molecular frío precisamente en los mismos lugares donde se había observado gas tibio anteriormente.

Interpretación artística de Abell 2597 mostrando el agujero negro supermasivo central expeliendo gas molecular frío, como generador de una fuente intergaláctica gigante. Credit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry

“El aspecto único en este caso fue el análisis sumamente detallado de esta fuente usando datos combinados de ALMA y MUSE. Las dos herramientas se complementan de manera extraordinaria”, celebra Tremblay. “ALMA reveló la distribución y los movimientos de las frías nubes de gas molecular y MUSE hizo lo mismo con el tibio gas ionizado”.

Los investigadores destacan que los datos de ALMA y MUSE fueron combinados con una nueva observación ultraprofunda del clúster con el observatorio de rayos X Chandra de la NASA, revelando con exquisito detalle la fase caliente de la fuente.

Las observaciones también respaldan de manera muy convincente la hipótesis de que las nebulosas de gas ionizado tibio y de gas molecular frío son parte de la misma estructura, donde el gas ionizado no es más que la “cáscara” de los núcleos moleculares fríos que se arremolinan dentro de esta fuente galáctica.

Animación de los datos de MUSE en H-alpha mostrando diferentes velocidades del material en la ‘fuente galáctica’. Crédito: ESO; G. Tremblay et al.

Este método de análisis de múltiples longitudes de onda ofrece un panorama inusualmente completo del sistema. “Es como observar la nube, la lluvia y el charco al mismo tiempo”, señala Tremblay. Aunque estas observaciones corresponden a una sola galaxia, los astrónomos creen que este proceso podría ser común en las demás galaxias y fundamental para su evolución.

Artículo Científico

Fuente: ALMA,