Un anillo de polvo cósmico esconde un agujero negro supermasivo

Los núcleos activos de galaxia (AGN, por sus siglas en inglés) son regiones muy luminosas situadas en el centro de algunas galaxias y se cree que están alimentados por agujeros negros supermasivos. Estos atraen al polvo y gas cósmico que circulan a su alrededor formando un disco de acreción y un enorme toroide o gigantesco anillo.

Al ver su espectro luminoso, los AGN aparecen con unas zonas con líneas anchas y otras estrechas. Los núcleos con espectros de ambas zonas se conocen como objetos de tipo 1 (el núcleo brillante es visible hacia el centro del toroide), mientras que los que tienen solo la región de líneas estrechas son de tipo 2 (el grueso toroide, casi de canto, oculta el núcleo).

Hace 30 años se propuso un modelo unificado donde se indicaba que el tipo 1 y el tipo 2 son la misma AGN, tan solo cambia el punto de vista desde el que se observa desde la Tierra, y también pronosticó que la línea de visión de los objetos de tipo 2 hace que queden oscurecidos por el toroide polvoriento de materia que alimenta al agujero.

Ahora se confirma este modelo con las observaciones extraordinariamente detalladas del centro de la galaxia espiral Messier 77, también conocida como NGC 1068, que ha realizado un equipo de astrónomos liderado por la investigadora Violeta Gámez Rosas de la Universidad de Leiden (Países Bajos). El estudio se publica esta semana en la revista Nature.

“Nuestros resultados indican, de manera indirecta, que existe una estructura de polvo muy densa y un tanto gruesa, lo suficiente como para ocultar al hoyo o agujero negro que está en el centro de la galaxia”, explica Gámez a SINC, quien aclara como se puede ver un AGN: “Si ves el núcleo directamente (el agujero negro con su disco de acreción), que es lo que se llama blazar, el toroide no se interpone, pero si no logras verlo estaríamos en el tipo 2, donde el toroide de polvo está obscureciéndolo; y el tipo 1 es un caso en medio”.

Imagen del polvo alrededor de un núcleo activo de galaxia , indicando desde donde se ven los de tipo 1 y 2. / Robert Antonucci/Nature

Para escanear el centro de Messier 77, ubicado a 47 millones de años luz en la constelación de Cetus, el equipo utilizó el instrumento MATISSE (experimento espectroscópico multi apertura en el infrarrojo medio), instalado en el interferómetro del Very Large Telescope que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en el desierto chileno de Atacama.

“Con las imágenes que tomamos en un rango espectral muy amplio en el infrarrojo pudimos hacer un mapa de temperaturas y densidades”, explica la investigadora, “y al sobreponer estos mapas con otros en frecuencias de radio, pudimos definir la posición del agujero negro, que cae justo entre dos de las estructuras del polvo más caliente que encontramos. Esto quiere decir que el polvo más frío que envuelve a estos componentes está ocultando al agujero junto con su disco de acreción”.

Ilustración del núcleo de Messier 77, cuya región central está alimentada por un agujero negro supermasivo rodeado por un delgado disco de acreción. Este, a su vez, está rodeado por un grueso anillo o toroide de gas y polvo que oscurece nuestra visión del agujero. Aparecen también chorros y vientos polvorientos que fluyen hacia el exterior. / ESO/M. Kornmesser and L. Calçada

La comunidad astronómica ya había hallado antes evidencias para apoyar el modelo unificado, incluyendo la detección de polvo caliente en el centro de Messier 77. Sin embargo, persistían dudas sobre si este polvo podría ocultar completamente un agujero negro y, por tanto, explicar por qué este AGN brilla con menos intensidad que otros en luz visible.

Combinando las variaciones en la temperatura del polvo (en un ambiente a unos 1200 °C) causadas por la intensa radiación del agujero negro con los mapas de absorción, el equipo construyó la imagen detallada del material polvoriento e identificó dónde debe estar el agujero negro.

El análisis del polvo (en un anillo interior grueso y un disco más extendido), con el agujero negro colocado en el centro, apoya así el modelo unificado. Para construir la imagen, el equipo también utilizó datos de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), copropiedad de ESO, y del Very Long Baseline Array (VLBA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía de EE UU.

Misterio con las temperaturas

“La similitud que encontramos en las morfologías de las imágenes de ALMA y una de las bandas de MATISSE (la llamada banda N) es bastante inesperada”, reconoce Gámez, “ya que la emisión de la primera se debe a gas a millones de grados centígrados, y en el caso de la segunda se debe a polvo a temperatura ambiente. Si ambos coinciden espacialmente es difícil de explicar cómo puede sobrevivir el polvo”.

«Nuestros resultados deberían llevarnos a una mejor comprensión del funcionamiento interno de los AGN”, concluye la astrónoma, “y también podrían ayudarnos a comprender mejor la historia de la Vía Láctea, que alberga un agujero negro supermasivo en su centro que puede haber estado activo en el pasado”.