El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) realizó observaciones en alta resolución que permitieron obtener imágenes de un toroide de gas y polvo que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. La existencia de estas estructuras toroidales giratorias se había predicho décadas atrás, pero esta es la primera vez que se confirma con tanta seguridad. Se trata de un importante avance para entender la coevolución de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias huéspedes.
Casi todas las galaxias esconden enormes agujeros negros en su centro. Hacía tiempo que los investigadores sabían que mientras más masiva fuera una galaxia, más masivo sería su agujero negro. Suena lógico a primera vista, pero, considerando que las galaxias huéspedes son hasta 10.000 millones de veces más grandes que sus agujeros negros, es muy difícil que dos objetos de tamaños tan diferentes afecten directamente el uno al otro. De ahí la siguiente pregunta: ¿cómo puede desarrollarse semejante relación?
Con el fin de aclarar el misterio, un equipo de astrónomos aprovechó la alta resolución de ALMA para observar el centro de la galaxia espiral M77. Se trata de un núcleo galáctico activo, o AGN en su sigla en inglés, donde el agujero negro supermasivo recibe un rápido flujo de materia que emite una intensa luz. Como son capaces de afectar su entorno, estos núcleos galácticos activos son una pieza clave para dilucidar el misterio de la coevolución de las galaxias y los agujeros negros.
Los astrónomos produjeron una imagen del área que rodea el agujero negro supermasivo de M77 y revelaron una compacta estructura de gas con un radio de 20 años luz. De esa forma, descubrieron que la estructura de gas gira alrededor del agujero negro, tal como habían previsto.
“Para interpretar varios aspectos de la observación de los núcleos galácticos activos, los astrónomos supusieron la existencia de toroides giratorios de gas alrededor de los agujeros negros supermasivos activos. Esto se conoce como ‘modelo unificado’ del AGN”, explica Masatoshi Imanishi, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, quien firma como autor principal un artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters. “Sin embargo, el toroide de gas es diminuto. Gracias a la resolución de ALMA, ahora podemos ver directamente la estructura”.
Muchos astrónomos habían observado el centro de M77 antes, pero nunca se había visto con tanta claridad el movimiento giratorio del toroide de gas alrededor del agujero negro. Además tener una capacidad de resolución superior, ALMA permite aislar las líneas de emisión molecular, lo cual fue fundamental para revelar la estructura. El equipo observó emisiones de microondas características de las moléculas de ácido cianhídrico (HCN) y del ión formilo (HCO+). Estas moléculas emiten microondas solo en presencia de gas denso, mientras que el monóxido de carbono (CO) se observa con mayor frecuencia y emite microondas en distintas condiciones. Se creía que el toroide alrededor del núcleo galáctico activo era muy denso, y la estrategia de los astrónomos permitió dar en el clavo.
“Las observaciones anteriores habían revelado la elongación este-oeste del toroide de polvo y gas. La dinámica revelada por los datos de ALMA coincide a la perfección con el sentido de rotación que se esperaba observar en el toroide”, celebra Imanishi.
Lo interesante es que la distribución del gas alrededor del agujero negro supermasivo es mucho más compleja de lo que indicaría un simple modelo unificado. El toroide parece ser asimétrico, y su movimiento giratorio no sigue únicamente la gravedad del agujero negro, sino que además presenta movimientos muy aleatorios. Esto podría ser un indicio de que el núcleo galáctico activo tuvo una historia violenta, que podría incluir una fusión con una galaxia más pequeña. No obstante, la identificación del toroide giratorio es un paso importante.
Nuestra galaxia, la Vía Láctea, también tiene un agujero negro supermasivo en el centro, aunque se encuentra en un estado muy tranquilo y solo recibe una diminuta cantidad de gas. Por eso, a la hora de estudiar los núcleos galácticos activos en detalle, los astrónomos tienen que observar los centros de galaxias distantes. M77 es una de las más cercanas e idóneas para las observaciones de este tipo. (Fuente: OBSERVATORIO ALMA/DICYT)
