Mark Crockett

Se piensa que en el centro de toda galaxia habita un agujero negro, algunos con masas de miles de millones de veces la del Sol y, por lo tanto, fuertes tirones gravitatorios que alteran el material que les rodea. Que se había pensado para impedir el nacimiento de estrellas, pero ahora un equipo internacional de astrónomos que estudian la cercana galaxia Centaurus A se ha encontrado todo lo contrario: un agujero negro que parece ayudar a la formación de estrellas. El equipo, dirigido por el Dr. Stanislav Shabala, de la Universidad de Tasmania; el Dr. Mark Crockett, de la Universidad de Oxford; y el Dr. Sugata Kaviraj, del Imperial College de Londres, publican sus resultados en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Los agujeros negros en el centro de las galaxias se ‘encienden’ de tanto en tanto, conduciendo el material que les rodea hacia flujos que salen y pueden extenderse por millones de años luz. Los flujos se abren paso a través del gas galáctico, comprimiéndolo, calentándolo y empujándolo fuera de su camino. Gran parte de este gas es la materia prima con que están hechas las estrellas, por lo que estos flujos afectan de manera significativa la formación de estrellas en las galaxias que los albergan.

Los astrónomos utilizaron la cámara Gran Angular 3 (WFC3)  del telescopio espacial Hubble para estudiar las regiones del centro de Centaurus A, catalogada como NGC 5128, una galaxia brillante a 13 millones de años luz de distancia, en la dirección de la constelación austral de Centaurus. En luz visible, un prominente cinturón de polvo puede verse atravesando toda la galaxia y, cuando se observa en rayos X y ondas de radio, tiene chorros que se extienden hasta un millón de años luz del agujero negro central.

Con la WFC3, los científicos dieron una mirada cercana al ‘filamento interior’, una región situada cerca del flujo que es una fuente de luz ultravioleta y de emisión de rayos X, además de ser brillante en luz visible. Utilizando las imágenes del Hubble, el equipo fue capaz de trazar la historia de formación estelar de los filamentos con una precisión sin precedentes.

Ellos encontraron que la punta del filamento más cercana al flujo contiene estrellas jóvenes, las edades de las cuales son similares al tiempo transcurrido desde el  ’encendido’ del flujo, pero que no hay estrellas jóvenes más allá, en el filamento. Esto es exactamente lo que se espera de un flujo superando una nube de gas asentada en su camino.

Las partes centrales más densas de la nube se comprimen y colapsan para formar estrellas, mientras que el gas en las afueras escapa de la punta del filamento, como le ocurre a una pila de hojas del otoño por el viento.

El Dr. Shabala comenta: “Esta mejora en la formación de estrellas por parte del flujo debe haber sido aún más importante cuando el Universo era más joven, donde los densos cúmulos de gas eran mucho más comunes. Nuestro estudio destaca la necesidad de considerar el papel ‘positivo’ de la retroalimentación de los flujos en nuestro paradigma actual de formación de galaxias. Añade una pieza nueva y emocionante al gran rompecabezas de entender cómo las galaxias llegaron a ser como son hoy”.

Más información en:

http://www.ras.org.uk/

W. Steffen (IA-UNAM & Cosmovisión)

La astronomía en rayos gamma estudia los objetos más energéticos del Universo y, desde sus comienzos hace apenas medio siglo, ha lidiado con un problema grave, que consiste en determinar de forma precisa y fidedigna la región de donde procede la radiación que llega a los detectores de rayos gamma, lo que permite a su vez averiguar el mecanismo a través del que se produce. Ahora, un grupo internacional liderado por astrónomos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha localizado, por primera vez sin la aplicación de modelos y con un grado de confianza superior al 99,7%, la región de la que surgió un destello en rayos gamma en el blázar AO 0235+164 y que permite conocer cómo se produjo.

Cuando se habla de blázares, el adjetivo “extremo” es inevitable. Los blázares combinan los rasgos esenciales de la familia de objetos a la que pertenecen (los núcleos de galaxias activas, AGN ), es decir, la presencia de un agujero negro supermasivo de hasta miles de millones de masas solares rodeado de un disco de gas, con la presencia de jets relativistas, o chorros de partículas perpendiculares al disco que viajan a velocidades cercanas a la de la luz y que desde nuestra posición vemos casi de frente, por lo que su intensidad puede multiplicarse entre centenares y miles de veces.

“Este trabajo es, en cierto sentido, rompedor porque estaba ampliamente aceptado que los rayos gamma se producen en una región del jet muy cercana al agujero negro, a menos de tres años luz, y hemos hallado que en este caso el destello se produjo decenas veces más lejos. Además lo localizamos en los chorros relativistas, lo que implica la revisión de los modelos de emisión de altas energías en este tipo de objeto”, destaca Iván Agudo, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que encabeza el estudio. “Además, hemos obtenido los resultados exclusivamente mediante el análisis de datos y sin modelos, lo que aporta robustez a las conclusiones”.

Cronología del destello

Este trabajo ha empleado un método que combina datos en casi todas las longitudes de onda disponibles con instrumentos astronómicos y que permite establecer una cronología del evento, que comienza con un aumento de la emisión en radio y microondas de AO 0235+164 que fue detectada con el VLBA (Very Large Baseline Array). Este instrumento, que aporta una resolución inigualable, muestra cómo, junto al núcleo de emisión del chorro, surge una segunda región de emisión, que los astrónomos atribuyen a la inyección repentina de material en el chorro. El aumento en la emisión en radio viene acompañado de estallidos a lo largo de todo el espectro electromagnético, desde ondas milimétricas hasta rayos gamma pasando por el óptico.

El grupo investigador debía comprobar que estos destellos, que aparentemente guardaban relación estaban, en efecto, interconectados. Y lo confirmaron con un grado de confianza superior al 99,7%. A partir de ahí ataron cabos: los datos del VLBA situaban el pico de emisión en radio en una región a unos cuarenta años luz del agujero negro, de modo que buscaron un mecanismo que pudiera producir el destello en rayos gamma en las proximidades.

Ese mecanismo maneja la existencia de dos “piezas”, una estática (el chorro) y otra en movimiento (correspondiente a la nueva inyección de material), y de una región del chorro que, debido a la interacción con el medio circundante, reconfina el material del chorro, acelera las partículas y produce un aumento de la energía emitida. Cuando la nueva componente atraviesa esa región (denominada onda de recolimación), comienzan a producirse los destellos observados.

El origen de los rayos gamma

En particular, el destello de rayos gamma se produce por la interacción entre los fotones en óptico y los electrones del chorro a través del efecto Compton inverso: un fotón colisiona con un electrón y del choque resultan un electrón con menos energía de la inicial y un fotón más energético (rayo gamma). “Existen varias regiones en el núcleo activo de una galaxia donde tenemos fotones en óptico que podrían desencadenar este efecto, pero el tipo de correlación entre las curvas de luz del destello en el óptico y del destello en rayos gamma indica sin lugar a dudas que el origen de los rayos gamma se localiza en el propio chorro” concluye Iván Agudo (IAA-CSIC).  “Así que hemos sido capaces de determinar no solo la localización del destello en rayos gamma, sino también el mecanismo que lo desencadena”.

Los resultados de este trabajo de investigación se publican en The Astrophysical Journal Letters como el artículo de autoría de I. Agudo et al., bajo el título ON THE LOCATION OF THE ? -RAY OUTBURST EMISSION IN THE BL LACERTAE OBJECT AO 0235+164 THROUGH OBSERVATIONS ACROSS THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM.

Más información en:

http://www.iaa.es/prensa/anatom%C3%ADa-de-precisi%C3%B3n-de-un-agujero-negro-supermasivo-localizada-la-regi%C3%B3n-donde-se-producen

CFHT/IAP/Terapix/CNRS/ESO

Un nuevo estudio, que combina datos obtenidos con el telescopio VLT de la organización Observatorio Europeo Austral, ESO, en Cerro Paranal,Chile, y el observatorio espacial de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, ESA, ha dado una gran sorpresa. Durante los últimos once mil millones de años, la mayoría de los enormes agujeros negros en los centros de las galaxias no fueron activados por la fusión entre galaxias, como hasta ahora se pensaba.

En el corazón de la mayoría las grandes galaxias yace un agujero negro supermasivo con una masa millones (o incluso miles de millones) de veces mayor que la masa de nuestro Sol. En muchas galaxias, incluyendo nuestra Vía Láctea, el agujero negro en el centro está quieto. Pero en otras, particularmente en los orígenes de la historia del Universo, el monstruo central está engullendo material que emite una intensa radiación al caer dentro del agujero negro.

Un misterio sin resolver es la procedencia del material que activa a un agujero negro dormido mediante violentos estallidos en el centro de la galaxia, convirtiéndola en lo que se conoce como núcleo galáctico activo (AGN). Hasta ahora, muchos astrónomos creían que la mayoría de estos núcleos activos fueron encendidos por dos galaxias que se fusionaron o que pasaron muy cerca una de otra, alterando el material que habría servido finalmente de combustible para el agujero negro central. Sin embargo, los nuevos resultados indican que esta idea no es correcta para muchas galaxias activas.

Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching, Alemania) y un equipo internacional de científicos de la colaboración COSMOS, lograron observar en detalle más de 600 de estas galaxias activas en una parte de cielo extensamente estudiada, conocida como campo COSMOS. Como se esperaba, los astrónomos determinaron que lo núcleos galácticos activos extremadamente brillantes eran escasos, mientras que gran parte de las galaxias activas en los últimos once mil millones de años tenían un brillo moderado. Pero había una sorpresa; los nuevos datos mostraron que la gran mayoría de estas galaxias activas menos brillantes y más comunes no fueron encendidas por la fusión entre galaxias. Los resultados de este estudio serán publicados en el mes de julio en la revista The Astrophysical Journal.

La presencia de núcleos galácticos activos se detecta por los rayos X emitidos alrededor del agujero negro, captados por el observatorio espacial de rayos-X XMM-Newton de la ESA. Estas galaxias fueron subsecuentemente observadas con el VLT, de ESO, lo que permitió medir las distancias a estas galaxias. Al combinar las observaciones, el equipo fue capaz de crear un mapa tridimensional que muestra dónde yacen las galaxias activas.

“Nos costó más de cinco años, pero fuimos capaces de generar uno de los mayores y más completos inventarios de galaxias activas en rayos X en el cielo”, dice Marcella Brusa, una de las autoras del estudio.

Los astrónomos pudieron usar este nuevo mapa para descubrir cómo estaban distribuidas las galaxias activas y comparar estos resultados con las predicciones teóricas. También fueron capaces de ver cómo cambió la distribución a lo largo de la vida del Universo – un extenso período que comienza hace once mil millones de años atrás y que termina casi en nuestros días.

El equipo detectó que los núcleos activos se encuentran mayormente en grandes galaxias masivas con mucha materia oscura. Esto fue una sorpresa que no coincidía con las predicciones teóricas – si la mayoría de los núcleos activos eran una consecuencia de fusiones y colisiones entre galaxias, lo esperable era encontrarlos en galaxias con masa moderada (un billón de veces la masa del Sol). El equipo descubrió que la mayoría de los núcleos activos residen en galaxias con masas 20 veces mayores que el valor predicho por la teoría de fusiones.

“Estos nuevos resultados nos brindan una nueva visión sobre cómo los agujeros negros supermasivos comienzan a alimentarse”, dice Viola Allevato, autora principal del estudio. “Nos indican que los agujeros negros son normalmente alimentados por un proceso propio de la galaxia, como inestabilidades en el disco y estallidos estelares, en lugar de colisiones entre galaxias”.

Alexis Finoguenov, quien supervisó la investigación, concluye: “Incluso en el pasado distante, hace unos once mil millones de años atrás, las colisiones entre galaxias sólo pueden explicar un pequeño porcentaje de las galaxias activas con brillo moderado. En ese tiempo las galaxias estaban muy juntas, por lo que era esperable que las fusiones fueran más frecuentes que en pasado más reciente, por eso estos nuevos resultados son tan sorprendentes”.

El equipo está integrado por V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysi [IPP], Garching, Alemania), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Alemania y University of Maryland, Baltimore, Estados Unidos), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Italia y University of Maryland, Baltimore, Estados Unidos), T.Miyaji (Universidad Nacional Autónoma de México, Ensenada, México y University of California en San Diego, Estados Unidos), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Alemania y California Institute of Technology, Pasadena, Estados Unidos), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Alemania), J. B. James (University of California en Berkeley, Estados Unidos y University of Copenhagen, Dinamarca), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, Francia), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Alemania y MPE), J. A. Peacock (University of California en Berkeley, Estados Unidos), J. Silverman (University of Tokyo, Japón) y A. Comastri (INAF-OA).

Más información en:

http://www.eso.org/public/news/eso1124/

A&A

Astrónomos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) han obtenido un sorprendente hallazgo al observar las regiones centrales de la galaxia Arp 299-A, que se halla en los inicios de un proceso de fusión con una galaxia menor. Su búsqueda de fuentes compactas, como restos de supernovas, les ha llevado a detectar el núcleo activo de la galaxia (AGN), es decir, el agujero negro supermasivo central sobre el que va cayendo materia que, en el proceso, libera gran cantidad de energía. El trabajo aparece destacado en el número de septiembre de 2010 de la revista Astronomy & Astrophysics.

“Con observaciones de muy alta resolución hemos hallado nuevas fuentes y descubierto una estructura global en lo que pensábamos era una cadena de supernovas jóvenes y remanentes de supernovas, y que demuestra la existencia de un núcleo activo poco luminoso que presenta un chorro de material similar al de la galaxia M81”, comenta Miguel Ángel Pérez-Torres, astrofísico del Instituto de Astrofísica de Andalucía que encabeza la investigación.

Aunque la existencia de este núcleo activo se predijo en 2003, su situación seguía siendo una cuestión abierta y los estudios sobre Arp 299-A se han centrado en sus intensos brotes de formación estelar, producidos por la inyección de gas que supone su interacción con la galaxia compañera. “Este resultado sugiere que los procesos de fusión de galaxias llevan asociados no sólo estallidos de formación estelar, sino también la existencia de actividad nuclear”, señalan los autores.

El trabajo ha indagado también en la naturaleza de un objeto muy cercano al núcleo activo, una supernova de tipo II muy joven y de evolución muy lenta rodeada de un medio interestelar denso. Se trata de la supernova más cercana a un agujero negro supermasivo detectada hasta la fecha, cuya existencia parece difícil de explicar: este tipo de supernovas se producen por la muerte de estrellas muy masivas, y son poco comunes en las regiones tan próximas al agujero negro central. Los autores proponen, sin embargo, que estrellas de este tipo podrían obstaculizar el acrecimiento de material en torno al agujero negro y explicar así la baja luminosidad del núcleo activo de Arp 299-A.

Observaciones en radio: Red Europea de VLBI

La densidad de polvo de las regiones centrales de las galaxias impide observarlas en longitudes de onda cortas, como el visible. Pero las longitudes de onda largas, como las ondas de radio (milimétricas y centimétricas), sí pueden atravesar el velo opaco producido por el polvo. Los investigadores emplearon para este estudio una de las herramientas de observación en radio más sensibles y con mayor poder de resolución existentes, la Red Europea de VLBI, un consorcio formado por los mayores radioobservatorios de Europa, Asia y Sudáfrica.

La técnica empleada se conoce como interferometría, y consiste en observar el mismo objeto con varias antenas separadas geográficamente, con lo que se obtiene el equivalente a un telescopio del tamaño de la distancia que separa las antenas (y ésta puede ser de cientos de kilómetros). Gracias a esta herramienta el grupo de investigadores ha obtenido resoluciones angulares de milisegundos de arco, con las que podría verse desde la Tierra a una persona acostada en la superficie de la Luna y que, en este caso, ha permitido observar nuevas fuentes cuya morfología, luminosidad e índice espectral demuestran la existencia de un núcleo activo en Arp 299-A.

Más información en:
http://www.iaa.es/

Rayos X: NASA/ CXC/ MIT/ C.Canizares, D.Evans et al.; óptico: NASA/ STScI; radio: NSF/ NRAO/ VLA

Nuevas observaciones del Observatorio de Rayos X Chandra, de la NASA, proveen evidencia de poderosos vientos fluyendo de la vecindad de un agujero negro supermasivo, en la galaxia cercana NGC 1068. Este descubrimiento indica que agujeros negros supermasivos “promedio” pueden jugar un rol importante en la evolución de las galaxias en las cuales residen.

Por años, los astrónomos supieron que un agujero negro supermasivo crecía en paralelo con su galaxia huésped. Y se sospechaba, desde hace mucho, que el material que salía desde un agujero negro (opuesto a una fracción del material que caía en él) alteraba la evolución de su galaxia huésped.

Una cuestión clave es si tales “agujeros negros de soplo revertido”  transportan típicamente suficiente poder para tener un impacto significativo. Poderosos jets relativistas que se disparan desde los agujeros negros supermasivos más grandes, de gigantescas galaxias en los centros de cúmulos como el de Perseus, se los ve que dan forma a sus galaxias huéspedes, pero éstas son raras. ¿Pero qué pasa con los vientos de escala galáctica menos concentrados y menos poderosos, los cuales deberían ser mucho más comunes?

“Estamos más interesados aquí en ver que puede hacerle  un agujero negro supermasivo de tamaño promedio a su galaxia, no algunos realmente grandes a las galaxias más grandes”, dijo Dan Evans, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), quien presentó estos resultados en la reunión de la División Astrofísica de Altas Energías de la Sociedad Astronómica Americana, en Kona, Hawaii.

Evans y sus colegas usaron el Chandra, durante cinco días, para observar NGC 1068, una de las galaxias más cercanas y brillantes que contiene un agujero negro supermasivo en rápido crecimiento. Este agujero negro es sólo dos veces más masivo que el del centro de nuestra Galaxia, el cual es considerado de un tamaño bastante normal.

Las imágenes en rayos X y el espectro obtenido del Espectrómetro de Red de Transmisión de Alta Energía HETGS, mostró que un poderoso viento está siendo arrastrado desde el centro de NGC 1068 a una velocidad superior al millón de kilómetros por hora. Este viento probablemente se genera a medida que el gas circundante es acelerado y calentado mientras se arremolina hacia el agujero negro. Una porción del gas es atraído hacia el agujero negro, pero algo de éste es expulsado. Los rayos X de alta energía producidos por el gas cerca del agujero negro calientan el gas saliente, causando que éste brille a energías más bajas de rayos X.

Este estudio del Chandra, por Evans y sus colegas, es mucho más profundo que observaciones previas en rayos X. Esto les permitió hacer un mapa de alta definición del volumen en forma de cono iluminado por el agujero negro y sus vientos. Combinando mediciones de la velocidad de las nubes con estimaciones de la densidad del gas, Evans y sus colegas demostraron que cada año se depositan varias veces la masa del Sol a grandes distancias, alrededor de 3000 años luz del agujero negro. El viento puede acarrear suficiente energía para calentar el gas circundante y reprimir la formación extra de estrellas.

“Hemos demostrado que aun agujeros negros a mitad de camino pueden guardar energía”, dijo Evans. ”Pienso que el resultado es que estos agujeros negros no son normales”.

Futuros estudios de HEGTS del Chandra de otras galaxias cercanas examinarán el impacto de otros flujos salientes de AGNs, tendientes a mejorar nuestro entendimiento de la evolución de galaxias y agujeros negros.

“En el futuro, el agujero negro de nuestra propia Galaxia puede sufrir una actividad similar, acabando con el nacimiento de nuevas estrellas en la región central de la Vía Láctea”, dijo Evans.

Estos nuevos resultados proveen una comparación clave con un trabajo previo realizado en la Universidad del Estado de Georgia y la Universidad Católica de América con el instrumento STIS del telescopio espacial Hubble.

Más información en:

http://chandra.harvard.edu/

ESO/ WFI (óptica); MPIfR/ ESO/ APEX/ A.Weiss et al. (sub-mm); NASA/ CXC/ CfA/ R.Kraft et al. (rayos X)

La rotación retrógrada de agujeros negros supermasivos puede crear jets que controlen la evolución de la galaxia.

Diseminados por todas las galaxias están los agujeros negros, regiones que engullen materia y energía. Aunque no se los puede ver, los científicos pueden inferir su tamaño, localización y otras propiedades usando telescopios sensibles al calor que ellos generan. Este calor, el cual se ve en rayos X, lo produce la materia a medida que cae en espiral alrededor del agujero negro, cada vez más rápido, hasta que alcanza un punto de no retorno – el “horizonte de eventos” – del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Además de la colección de agujeros negros de una galaxia, la cual incluye agujeros negros de más de diez veces la masa del Sol, hay un agujero negro supermasivo incrustado en el corazón de cada galaxia que tiene aproximadamente de un millón a miles de millones de veces la masa del Sol. Alrededor del 10% de estos agujeros negros gigantes presentan jets de plasma, o gas altamente ionizado, que se extiende en direcciones opuestas al agujero negro. Arrojando enormes cantidades de mayormente energía cinética, o energía creada por el movimiento, desde los agujeros negros hacia el Universo, los jets afectan la formación de estrellas y otros cuerpos, y juegan un rol crucial en la evolución de los cúmulos de galaxias, las  más grandes estructuras del Universo.

“Este agujero negro en el centro del cúmulo está afectando todo en ese cúmulo”, dijo Dan Evans, investigador posdoctoral en el Instituto de Astrofísica e Investigación Espacial Kavli (MKI), del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), que estudia los agujeros negros supermasivos y sus jets. Debido a que el jet calienta, poco a poco, el gas que se transmite a través del cúmulo de galaxias, puede retrasar e incluso evitar la formación de estrellas, las cuales se crean por condensación y colapso de gas molecular frío, afectando así el crecimiento de galaxias, explicó Evans. “Sin estos jets, los cúmulos de galaxias se verían diferentes”.

Cómo se forman estos jets es uno de los más importantes misterios sin resolver que quedan en astrofísica. Ahora Evans puede estar un paso más cerca de descubrir ese misterio.

La importancia de la rotación

Durante dos años, Evans estuvo comparando varias docenas de galaxias cuyos agujeros negros alojaban poderosos jets (estas galaxias se conocen como núcleos activos de galaxias en radio, o AGN) con aquellas galaxias con agujeros negros supermasivos que no expelen jets. Todos los agujeros negros – aquéllos con y sin jets – presentan discos de acreción, acumulaciones de polvo y gas en rotación justo fuera del horizonte de eventos. Examinando la luz reflejada en el disco de acreción del agujero negro de un AGN, concluyó que los jets se forman justo afuera de los agujeros negros que tienen una rotación retrógrada – o cuya rotación está en dirección opuesta a la del disco de acreción. Aunque Evans y un colega hipotetizaron recientemente que los efectos gravitacionales de la rotación del agujero negro pueden tener algo que ver con el por qué algunos tienen jets, Evans tiene ahora resultados observacionales para sostener la teoría en un artículo publicado en la edición del 10 de febrero de 2010 del Astrophysical Journal.

Mientras que los investigadores saben que la masa de un agujero negro está íntimamente relacionada con la galaxia en la cual está localizado, ellos saben poco, hasta ahora, acerca del rol de su segunda propiedad fundamental: la rotación. Con este artículo, Evans afirma que la rotación es crucial para entender la dinámica de una galaxia que aloja un agujero negro debido a que puede realmente crear el jet que regula el crecimiento de esa galaxia y del Universo.

“Es la primera galaxia convincente de este tipo vista en este ángulo donde el resultado es bastante robusto”, dijo Patrick Ogle, científico investigador asistente en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), quien estudia AGNs. Ogle cree que la teoría de Evans respecto a la rotación retrógrada es prácticamente la mejor explicación que ha oído del por qué algunos AGN contienen un agujero negro supermasivo con un jet y otros no.

Aunque Evans sospechó durante casi cinco años que los agujeros negros retrógrados con jets estaban perdiendo la porción más interna de su disco de acreción, no fue hasta los últimos años en que los avances computacionales significaron que podría analizar datos recogidos entre finales de 2007 y principios de 2008, por el observatorio Suzaku, un satélite japonés lanzado en 2005, con colaboración de la NASA, para proveer un ejemplo que soporte la teoría. Con estos datos, Evans y colegas del Centro de Astrofísica Harvard – Smithsoniano (CfA), de la Universidad Yale, de la Universidad Keele y de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido), analizaron el espectro de un agujero negro supermasivo con un jet situado a 800 millones de años luz de distancia, en un AGN llamado 3C 33.

Los astrofísicos pueden ver las señales de la emisión de rayos X provenientes de las regiones internas del disco de acreción, el cual está situado cerca del borde un agujero negro, como resultado de un anillo atmosférico super caliente llamado corona, situado encima del disco y que emite luz que un observatorio como Suzaku puede detectar. Además de esta luz directa, una fracción de la luz pasa debajo de la corona sobre el disco de acreción del agujero negro y es reflejada por la superficie del disco, resultando en un patrón de señal espectral, llamado efecto Compton, también detectado por Suzaku.

Pero el equipo de Evans nunca encontró un efecto Compton en la emisión de rayos X de 3C 33, un descubrimiento que los investigadores creen provee una evidencia crucial que el disco de acreción de un agujero negro con un jet está truncado, lo que significa que éste no se extiende tan cerca del centro en un agujero negro con jet, como en un agujero negro sin jet. La ausencia de esta porción más interna del disco significa que nada puede reflejar la luz desde la corona, lo cual explica por qué los observadores sólo ven un espectro directo en luz de rayos X.

Los investigadores creen que la ausencia puede provenir de la rotación retrógrada, la cual empuja hacia afuera la órbita de la porción más interna del disco de acreción como resultado de la relatividad general, o de la atracción gravitacional entre masas. Esta ausencia crea un hueco entre el disco y el centro del agujero negro que conduce al amontonamiento de campos magnéticos que proveen la fuerza para alimentar al jet.

Aunque Ogle cree que la teoría de la rotación retrógrada es una buena explicación para las observaciones de Evans, dijo que está lejos de ser confirmada, y que tomará más ejemplos con resultados consistentes para convencer a la comunidad astrofísica.

El campo de investigación se expandirá en agosto de 2011 con el lanzamiento programado del satélite NuStar (conjunto de telescopios espectroscópico nuclear) de la NASA, el cual es de 10 a 50 veces más sensible al espectro y al efecto Compton que la tecnología actual. NuSTAR ayudará a los investigadores a dirigir un “gigantesco censo” de agujeros negros supermasivos que “revolucionará absolutamente la manera de mirar al espectro de rayos X de los AGN”, explicó Evans. Él planea pasar otros dos años comparando agujeros negros con y sin jets, esperando aprender más acerca de las propiedades de los AGN. Su objetivo, para la próxima década, es determinar cómo evoluciona en el tiempo la rotación de un agujero negro supermasivo.

Más información en:

http://web.mit.edu/

M. Kishimoto / UKIRT

El interferómetro Keck resuelve directamente el material de acreción alrededor de agujeros negros supermasivos en núcleos galácticos.

Un equipo internacional de investigación liderado por Makoto Kishimoto del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Bonn, Alemania, presenta algunas de las primeras mediciones interferométricas de larga línea de base en el infrarrojo hacia el cercano núcleo galáctico activo con el telescopio interferométrico Keck en Hawai.

El equipo encontró las mediciones para indicar una emisión en forma de anillo de la sublimación de granos de polvo, y su radio para producir señales en la morfología del material de acreción alrededor del agujero negro, en estos núcleos.

Los resultados se publican en Astronomy & Astrophysics en la edición de la primera semana de diciembre de 2009. Los núcleos de muchas galaxias muestran radiación muy intensa, desde rayos X hasta óptica, infrarroja y radio, y, en algunas ocasiones, exhiben un poderoso chorro. Estos núcleos de galaxias activas (AGN) se piensa que están alimentados por la acreción de agujeros negros supermasivos. El gas y el polvo en acreción son especialmente brillantes en la radiación óptica e infrarroja (IR).

En mayo de 2009, Makoto Kishimoto y su equipo observaron con éxito 4 de tales AGN con el Interferómetro Keck, en Hawai. Sus fuentes objetivo incluyeron a NGC 4151, una galaxia relativamente cercana a sólo 50 millones de años luz, pero también un distante cuasar con corrimiento hacia el rojo de 0,108 (que corresponde a una distancia de más de mil millones de años luz). “Esto sólo fue posible debido a un gran esfuerzo de los equipo del Keck para perfeccionar el instrumento”, dice Makoto Kishimoto, autor líder del artículo. El Telescopio Infrarrojo del Reino Unido, UKIRT, fue usado para seguir las observaciones del Keck para obtener imágenes actualizadas en el IR cercano de esas galaxias.

Los astrónomos estuvieron tratando de ver directamente cómo los agujeros negros supermasivos engullen el gas circundante y cómo es lanzado el poderoso chorro alrededor del agujero negro. No obstante, para resolver espacialmente tales objetos distantes en el longitudes de onda del IR, se necesitaría un telescopio de 100 metros de diámetro. En lugar de construir tal telescopio gigante, una forma más práctica es combinar los haces de dos o más telescopios que estén bien apartados para detectar un patrón de interferencia de dos haces e inferir cómo se vería la vecindad del agujero negro.

“La técnica que estamos usando es muy nueva y muy demandante en término de condiciones de observación y análisis de datos”, dice Robert Antonucci de la Universidad de California en Santa Bárbara, coautor del artículo.

En el futuro, habrá muchos telescopios, o un conjunto de telescopios, extendido sobre varios kilómetros. Tales conjuntos ya han sido usados en radio, pero aún no en longitudes de onda del IR u ópticas. La interferometría óptica/IR está aún en una etapa temprana – actualmente se usan dos o tres telescopios. Un prototipo de estos conjuntos está formado por dos telescopios Keck de 10 metros de diámetro cada uno, llamado Interferómetro Keck (IK).

Ya que el Interferómetro Keck se ha usado para observar muchas estrellas en nuestra Galaxia, es un desafío observar objetos fuera de nuestra Galaxia, especialmente agujeros negros supermasivos, en el núcleo de otras galaxias. Esto es simplemente porque son mucho más débiles. Las observaciones interferométricas de tales objetos, especialmente en las longitudes de ondas más cortas del IR, o IR cercano, han sido particularmente difíciles. La dificultad está directamente relacionada al tamaño de la longitud de onda – por ejemplo, en la longitud de onda de radio, la cual es mucho más larga que las longitudes de onda del IR, la técnica interferométrica es ya usada rutinariamente.

Hasta hace poco, sólo un AGN había sido observado con éxito con el IK. Esta galaxia, NGC 4151, es una de las más brillantes de estas fuentes en las longitudes de onda óptica/IR. Las nuevas observaciones, más sensibles, de cuatro galaxias han guiado a un claro retrato de lo que está siendo resuelto – una emisión de granos de polvo en forma de anillo, coexistiendo en el gas de acreción, el cual está lo suficientemente caliente para ser sublimado.

Utilizando observaciones diferentes e independientes del radio de la región de sublimación del polvo (lo cual viene del análisis de la variabilidad de la luz óptica e IR), el equipo piensa que  posiblemente han comenzado a explorar cómo el material de acreción está distribuido radialmente a partir del agujero negro – o sea, cuán compacta o cuán extendida está la distribución del material.

“Aunque hemos obtenido la resolución espacial más alta en IR, ésta es aún una región relativamente muy exterior al sistema central del agujero negro”, dice Makoto Kishimoto. “Esperamos conseguir una resolución aún más alta usando telescopios que vayan más allá, para lograr estar aún más cerca del centro y esperamos observar muchos otros sistemas de agujeros negros supermasivos”.

Más información en:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/

SSRO-South

Los astrónomos Guido Risaliti, Martin Elvis, Pepi Fabbiano, y Junfeng Wang del Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO) han utilizado un conjunto de telescopios de rayos X en órbita para descubrir y realizar el seguimiento de una propiedad muy curiosa de la galaxia de núcleo activo NGC 1365: la emisión de rayos X de alta energía es aproximadamente el doble de lo esperado en comparación con la emisión de baja energía, incluso cuando la radiación de baja energía está en su punto más brillante.

El núcleo de una galaxia activa, un AGN, contiene un agujero negro masivo que está realizando acreción de material vigorosamente. En el proceso, normalmente expulsa chorros de partículas y radia intensamente en muchas longitudes de onda, en particular en las longitudes de onda de los rayos X. Resulta que casi la mitad de todos los AGN parece tener muy gruesas nubes de gas cerca de sus núcleos, conclusión a la que se llega porque sólo se ven rayos X de alta energía provenientes de ellos. La explicación habitual es que las nubes de gases absorben la emisión de rayos X de energía más baja, mientras que la radiación de energía alta es relativamente poco afectada.

Los rayos X de los AGN son importantes para los astrónomos, no sólo porque ofrecen nuevas percepciones del agujero negro y su entorno, sino porque los rayos X son, a menudo, variables en el tiempo, lo que sugiere que estas nubes de gas están en movimiento alrededor del núcleo. Esta cinemática, a su vez, proporciona información sobre cómo los AGN y su galaxia se formaron y evolucionaron.

La galaxia NGC 1365 está a unos sesenta millones de años luz de distancia. Es notable por tener variaciones rápidas en los rayos X de baja energía, en escalas de tiempo de apenas unos días, lo que sugiere que nubes de gas del tamaño del Sistema Solar cercanas al núcleo se mueven a través de nuestra línea visual al AGN, que posiblemente sean parte de un toroide alrededor del núcleo.

Los astrónomos del SAO han utilizado un conjunto de telescopios de rayos X, en órbita, para descubrir y realizar el seguimiento de una propiedad muy curiosa de NGC 1365: la emisión de rayos X de alta energía es aproximadamente el doble de lo esperado en comparación con la emisión de baja energía, incluso cuando la radiación de baja energía está en su punto más brillante.

Los científicos ofrecen tres posibles explicaciones para esta situación, hasta ahora, única: el AGN tiene aún otra capa de absorción de gas, pero que no varía  (¿de dónde viene?); hay un segundo agujero negro contribuyendo con sus propios rayos X (pero ninguna otra galaxia de este tipo tiene dos agujeros negros de ésos), o la forma del absorbedor tiene una geometría compleja y particular (lo que parece muy artificial).

Cualquiera que sea la solución final, el nuevo trabajo arroja luz sobre el ambiente complejo que puede existir en torno a los núcleos galácticos activos.

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CfA/ V.A. Acciari

Hace casi 100 años, los científicos detectaron los primeros signos de rayos cósmicos (partículas subatómicas, mayormente protones, que atraviesan velozmente el espacio, casi a la velocidad de la luz. Los rayos cósmicos más energéticos impactan con la energía de una bola de béisbol viajando a casi 160 km/h, incluso aunque sean más pequeños que un átomo. Los astrónomos se preguntaban qué fuerza natural podría acelerar las partículas a tales velocidades. Nuevas pruebas, procedentes del conjunto de telescopios VERITAS, demuestran que los rayos cósmicos están posiblemente impulsados por estrellas en explosión y por “vientos” estelares.

Estos hallazgos se publicaron en la edición en línea del 1 de noviembre de 2009 de la revista Nature y se presentan en una conferencia de prensa en el Simposio Científico de Fermi, en Washington, DC.

Buscando el origen de los rayos cósmicos

Los rayos cósmicos más raros portan 100.000 millones de veces la energía generada por cualquier acelerador de partículas de la Tierra. El término histórico “rayo cósmico” es equívoco, dado que se trata de partículas individuales, no de un rayo o chorro. Los astrónomos han ideado ingeniosos métodos para detectar rayos cósmicos que impactan en la atmósfera de la Tierra. No obstante, detectar rayos cósmicos desde cierta distancia requiere mucho esfuerzo.

VERITAS ha encontrado nuevas pruebas de rayos cósmicos en la “Galaxia del Cigarro”, también conocida como Messier 82 (M82), la cual está situada a 12 millones de años luz de la Tierra, en la dirección de la constelación Ursa Major, la Osa Mayor.

“Este descubrimiento ha sido predicho durante casi 20 años, pero hasta ahora ningún instrumento era lo bastante sensible para verlo”, dijo Wystan Benbow, astrofísico del Observatorio Astrofísico Smithsoniano. Benbow coordinó este proyecto para la colaboración VERITAS (de las siglas en inglés para Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, Sistema del Conjunto de Telescopios de Imagen de Radiación Muy Energética).

Las observaciones de VERITAS apoyan sólidamente la teoría largamente sustentada que dice que las supernovas y los vientos estelares procedentes de las estrellas masivas son los aceleradores predominantes de las partículas de los rayos cósmicos. Las galaxias con altos niveles de formación estelar, como M82, también conocidas como galaxias de “estallido estelar” (starburst galaxies), tienen un gran número de supernovas y estrellas masivas. Si la teoría se mantiene, entonces las galaxias de estallido estelar deberían contener más rayos cósmicos que las galaxias normales. El descubrimiento de VERITAS confirma tal expectativa, indicando que la densidad de rayos cósmicos en M82 es aproximadamente 500 veces la media de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

“Este descubrimiento proporciona una visión fundamental acerca del origen de los rayos cósmicos”, dice Rene Ong, profesor de física en la Universidad de California en Los Ángeles, y vocero de la colaboración VERITAS.

Usando rayos gamma para inferir rayos cósmicos

VERITAS no podía detectar directamente rayos cósmicos de M82 debido a que están atrapados dentro de la Galaxia del Cigarro. En lugar de esto, VERITAS buscó pistas para la presencia de rayos cósmicos: los rayos gamma. Los rayos gamma son la forma de luz más energética, mucho más que la luz ultravioleta o incluso que los rayos X. Cuado un rayo cósmico interactúa con el gas interestelar, la radiación dentro de M82, produce rayos gamma, los cuales pueden escapar de su galaxia y llegar a los detectores terrestres.

Llevó dos años de dedicada recolección de datos extraer la débil señal procedente de M82.

“Sabíamos que la detección de M82 tendría importantes implicaciones científicas. Como resultado, programamos una exposición excepcionalmente larga inmediatamente después que el experimento estuvo completamente operativo”, dijo Benbow. “Los datos tenían que ser meticulosamente analizados para extraer la señal de rayos gamma, la cual es aproximadamente un millón de veces menor que el ruido de fondo. Aunque la señal es sólo una diminuta fracción de los datos, realizamos muchos chequeos buscando posibles sesgos y confiamos en que la señal es genuina”.

“La detección de M82 indica que el Universo está lleno de aceleradores de partículas naturales y, conforme continúen avanzando los observatorios de rayos gamma terrestres, hacer nuevos descubrimientos será inevitable”, dijo Martin Pohl, profesor de física de la Universidad Estatal de Iowa que ayudó a dirigir el estudio. El observatorio de rayos gamma de muy alta energía de la próxima generación, AGIS (Advanced Gamma-ray Imaging System, del inglés para Sistema Avanzado de Imagen de Rayos Gamma), ya está en desarrollo.

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NASA/ ESA/ A. Evans (Stony Brook Univ.)

Una imagen reciente del telescopio espacial Hubble de ESA/NASA captura la que parece ser una de las galaxias más brillantes y bizarras, pero es en realidad el resultado de un par de galaxias espirales que recuerdan a nuestra Vía Láctea, chocando entre sí, a grandes velocidades. El producto de esta drástica colisión, llamado NGC 2623 o Arp 243, está a alrededor de 250 millones de años luz, en la constelación de Cancer (el Cangrejo).

No es sorpresa que las galaxias interactuantes se produzcan, mutuamente, drásticos efectos. Los estudios han revelado que, a medida que las galaxias se aproximan, cantidades masivas de gas son arrastradas desde cada galaxia hacia el centro de la otra, hasta que, al final, las dos se fusionan en una galaxia masiva. El objeto en la imagen, NGC 2623, está en la última etapa del proceso de  fusión con los centros del par de galaxias originales, ahora fundiéndose en un solo núcleo. No obstante, extendiéndose desde el centro, hay dos colas gigantes de jóvenes estrellas mostrando que está aconteciendo una fusión. Durante tal colisión, el drástico intercambio de masas y gases inicia el proceso de formación estelar, visto aquí en ambas colas.

La prominente cola más baja está ricamente poblada con brillantes cúmulos estelares, 100 de ellos encontrados en estas observaciones. Los grandes cúmulos estelares, observados por el equipo en las galaxias fusionadas, son más brillantes que los cúmulos más brillantes que vemos en nuestra vecindad. Estos cúmulos estelares pueden haberse formado como parte de un bucle de material estirado asociado a la cola del norte, o quizá de formaron de restos cayendo hacia dentro del núcleo. Además de esta región activa de formación estelar, ambos brazos galácticos alojan muchas estrellas jóvenes en etapas tempranos de su evolución.

Algunas fusiones (incluyendo a NGC 2623) pueden resultar en un núcleo galáctico activo, donde uno de los agujeros negros supermasivos encontrados en los centro de las galaxias originales es puesto  en acción. La materia es arrastrada hacia el agujero negro, formando un disco de acreción. La energía provocada por el movimiento frenético calienta el disco, causando que éste emita a lo largo de un ancha franja del espectro electromagnético.

NGC 2623 es tan brillante en el infrarrojo que encaja en el grupo de galaxias infrarrojas muy luminosas (LIRG) y ha sido extensamente estudiada como parte del proyecto Relevamiento LIRG de Todo el Cielo de los  Grandes Observatorios, conocido por su sigla en inglés, GOALS, que combina información de algunos de los telescopios espaciales más avanzados, incluyendo al Hubble. Datos adicionales de telescopios infrarrojos y de rayos X pueden, además, caracterizar objetos como núcleos de galaxias activas y formación estelar nuclear, revelando lo que no es visible en las longitudes de onda del espectro visible.

El proyecto GOALS incluye datos del telescopio espacial Hubble de ESA/NASA, el telescopio espacial Spitzer , el Observatorio Chandra de rayos X y el Explorador de Evolución de Galaxias (GALEX), los tres de la NASA. Los esfuerzos conjuntos de estas poderosas instalaciones de observación, han provisto un claro dibujo de nuestro Universo local.

Los datos usados para esta imagen de composición de colores fueron tomados en 2007 por la Cámara Avanzada para Relevamientos ACS, a bordo del Hubble. Las observaciones fueron dirigidas por el astrónomo Aaron S. Evans. Un equipo de más de 30 astrónomos, incluyendo a Evans, publicó recientemente un importante estudio general, detallando los primeros resultados del proyecto GOALS.

Observaciones del telescopio de la Misión de Espejos Múltiples de rayos X, XMM-Newton, de ESA, contribuyeron a la comprensión  de NGC 2623, por parte de los astrónomos.

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http://www.spacetelescope.org/