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/

NASA/ GSFC/ M. Kuchner & F. Redd

Enlazando los telescopios gemelos de 10 metros en Hawai, los astrónomos, en el Observatorio W.M.Keck, descubrieron un extendido disco de polvo de doble capa orbitando a 51 Ophiuchi, una estrella que está a 410 años luz de la Tierra. Es la primera vez que el instrumento Anulador del Interferómetro  Keck identifica tal nube compacta alrededor de una estrella tan lejana.

La nueva información sugiere que 51 Ophiuchi es un sistema protoplanetario con una nube de polvo que orbita extremadamente cerca de su estrella central, dijo el astrónomo de la Universidad de Maryland, Christopher Stark, quien lideró el equipo de investigación.

El Observatorio Keck opera uno de los interferómetros ópticos más grandes de los Estados Unidos. El interferómetro provee alta precisión de resolución en las mediciones, igual a un telescopio tan grande como la distancia que separa a los espejos primarios del telescopio – 85 metros en el caso de los gemelos Keck. En abril de 2007, el equipo apuntó simultáneamente ambos telescopios Keck a la estrella 51 Ophiuchi, ó 51 Oph, y usó el Anulador del Interferómetro, una técnica que combina la luz entrante en una forma particular, para bloquear la indeseada luz estelar de 51 Oph y medir señales débiles adyacentes de la nube de polvo que rodea a la estrella.

De acuerdo a las observaciones, material en exceso orbitaban a 51 Oph. Starks y sus colaboradores repitieron las medidas de anulación en diferentes longitudes de onda y combinaron estos datos con datos de otros telescopios para determinar la forma y orientación del material, así como el tamaño de los granos de polvo.

Los datos sugieren que dos discos de escombros orbitan a 51 Oph. El disco interior tiene los granos más grandes, de aproximadamente 10 micrones o más de diámetro, y se extiende hasta a 4 unidades astronómicas (UA) de la estrella. El segundo disco comprende principalmente granos de 0,1 micrómetros extendidos desde aproximadamente 7 UA hasta 1200 UA. Una UA es la distancia entre la Tierra y el Sol. El nuevo resultado aparece en el Astrophysical Journal del 1 de Octubre de 2009.

Si este disco de escombros orbitara al Sol, la nube interior de granos más grandes se extendería, aproximadamente, desde la posición de la órbita de Mercurio hasta pasar justo el borde del cinturón de asteroides.  El disco exterior de granos más pequeños se originaría justo antes de la órbita de Saturno y se extendería hasta una distancia diez veces más lejana que el borde del Cinturón de Kuiper.

El compacto disco de polvo interior de 51 Oph es una de las nubes de polvo más compactas jamás detectadas, y las observaciones del nuevo Anulador del Interferómetro Keck demostraron la habilidad del instrumento para detectar nubes de polvo cientos de veces más pequeñas que las que se pueden observar con los telescopios convencionales, dijo Stark.

El instrumento también fue esencial para resolver el misterio de qué hizo que el disco de polvo de 51 Oph apareciera tan compacto, mientras su espectro sugiriera que el polvo orbitaba a distancias mayores, agregó Marc Kuchner, astrónomo del Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, en Greenbelt, Maryland, quien fue parte del equipo de investigación. La respuesta fue simplemente que la estrella tenía dos discos de escombros.

Debido al poder del Anulador Keck, Stark y su equipo fueron capaces de resolver discos de polvo interiores y exteriores, los cuales forman juntos la nube exozodiacal de 51 Oph. En sistemas estelares similares, la nube de polvo exterior parece ser un  cinturón exterior diferente, probablemente análogo al cinturón de Kuiper o al segundo sistema de asteroides. Pero 51 Oph parece ser diferente, dijo Kuchner. Las observaciones sugieren que la nube exterior de la estrella está compuesta por granos más pequeños y está conectada a la nube interior, por lo que el sistema tendría sólo un cinturón de asteroides subyacente.

El sistema probablemente representa un raro y cercano ejemplo de un joven sistema protoplanetario, justo entrando en el último estado de formación planetaria. Pueden estar formándose planetas terrestres, aunque no han sido detectados aún en este sistema, dijo Stark.

Los datos del equipo también indican que la nube alrededor de 51 Oph es 100.000 veces más densa que la nube de polvo rodeando al Sistema Solar. En la mayoría de los sistemas formadores de planetas, a medida que las colisiones de cometas y asteroides producen polvo, los granos más grandes giran en espiral hacia la estrella, mientras su presión hacia afuera empuja a las partículas más pequeñas hacia el borde o aún más lejos del sistema. 51 Ophiuchi, una estrella 260 veces más luminosa que el Sol, parece empujar a los granos de polvo más pequeños desde el disco interior hacia el disco exterior, explicó Kuchner.

El Anulador Keck, el cual fue financiado por la NASA y construido por el Laboratorio de Propulsión a Reacción, JPL, en Pasadena, California, será usado para ayudar a los astrónomos a comprender cómo y cuándo se forman estos cinturones de asteroides y cómo el polvo del disco de escombros de la estrella podría interferir con la imagen directa de planetas orbitando a otras estrellas, dijo él.

Más información en:

http://www.keckobservatory.org