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| Representación artística de un agujero negro supermasivo con un disco de acreción en su órbita. Las anotaciones muestran un hipotético perfil de doble pico con flechas que indican en qué punto de la región de líneas anchas se origina cada pico. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld |
Los astrónomos han descubierto por primera vez indicios de la existencia de un disco de acreción en el núcleo galáctico activo de la galaxia III Zw 002 utilizando el telescopio Gemini North, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, operado por el NOIRLab de la NSF. Estos descubrimientos limitan con precisión el tamaño del disco de acreción de la galaxia y arrojan nueva luz sobre su estructura y comportamiento utilizando dos peculiares líneas de emisión en el infrarrojo cercano.
Muchas galaxias incluyen en su centro un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente en un entorno tumultuoso. Estos objetos inconcebiblemente densos son orbitados por discos de acreción giratorios de gas y polvo, que alimentan al agujero negro y producen abundantes cantidades de energía en todo el espectro electromagnético, desde rayos gamma y X de alta energía hasta luz visible, infrarrojos y ondas de radio.
El estudio de los discos de acreción permite a los astrónomos comprender mejor los agujeros negros y el desarrollo de las galaxias que los albergan. Sin embargo, debido a sus grandes distancias y pequeños diámetros, la mayoría de los discos de acreción son difíciles de observar directamente. En su lugar, calibran el tamaño y el comportamiento del disco estudiando sus espectros de emisión de luz.
Este método permitió a los astrónomos detectar por primera vez dos líneas de emisión en el infrarrojo cercano en el disco de acreción de la galaxia III Zw 002, estableciendo un nuevo límite para el tamaño de estas magníficas estructuras. El telescopio Gemini Norte es la mitad del Observatorio Internacional Gemini, operado por el NOIRLab de la NSF.
Como ya se ha mencionado, sólo se han observado directamente dos fuentes de discos de acreción debido a la gran capacidad de resolución angular del Telescopio de Horizontes de Sucesos. Entonces, ¿cómo determinan los astrónomos si un agujero negro supermasivo tiene un disco a su alrededor sin acceso a una red mundial de radiotelescopios? Una configuración de las líneas de emisión anchas, conocida como perfil de doble pico, contiene indicios de un disco de acreción.
El gas de un lado del disco en rotación se aleja del observador, mientras que el gas del otro se mueve en dirección opuesta. Estos movimientos relativos alargan y acortan las longitudes de onda de las líneas de emisión, estirándolas y comprimiéndolas. Esto da lugar a una línea ensanchada con dos picos diferentes, uno procedente de cada lado del disco que gira rápidamente.
Estos perfiles de doble pico son un fenómeno poco común, ya que sólo aparecen en fuentes que pueden verse casi de frente. El doble pico se ha encontrado en las líneas H-alfa y H-beta, dos líneas de emisión de átomos de hidrógeno que aparecen en el rango visible de longitudes de onda, en las pocas fuentes en las que se ha observado. Estas líneas dan poca información sobre el tamaño de todo el disco de acreción y se originan en la región interior de la región de líneas anchas alrededor del agujero negro supermasivo. Sin embargo, observaciones realizadas recientemente en el infrarrojo cercano han permitido observar una porción hasta ahora inédita de la región exterior de líneas anchas.
En este estudio, los científicos realizaron la primera detección inequívoca de dos perfiles de doble pico en el infrarrojo cercano en la región de líneas anchas de III Zw 002. La línea Paschen-alfa (hidrógeno) se origina en la región interna de la región de líneas anchas, y la línea O I (oxígeno neutro) se origina en las afueras de la región de líneas anchas, una región que nunca antes se había observado. Se trata de los primeros perfiles de doble pico hallados en el infrarrojo cercano, y surgieron de forma inesperada durante las observaciones realizadas con el Espectrógrafo Gemini para el Infrarrojo Cercano (GNIRS).
Según Rodríguez-Ardila, "no sabíamos que III Zw 002 tenía este perfil de doble pico, pero cuando redujimos los datos, vimos el doble pico muy claramente. Redujimos los datos muchas veces, pensando que podría ser un error, pero cada vez, vimos el mismo resultado emocionante."
"Estos descubrimientos ayudan a los astrónomos a comprender mejor la región de líneas anchas, al tiempo que confirman la existencia prevista de un disco de acreción."
"Por primera vez, la detección de estos perfiles de doble pico pone límites firmes a la geometría de una región que, de otro modo, sería imposible de resolver. Y ahora tenemos pruebas claras del proceso de alimentación de una galaxia activa y de su estructura interna."
Los científicos compararon sus observaciones con los modelos de disco existentes. Esto les proporciona parámetros que ofrecen una imagen más clara del agujero negro supermasivo de III Zw 002 y de la región de líneas anchas.
Según el modelo, la línea O I se origina en un radio de 18,86 días-luz, y la línea Paschen-alfa en un radio de 16,77 días-luz, o la distancia que debe recorrer la luz desde el agujero negro supermasivo en un día terrestre. Además, se predice que el radio exterior de la región de la línea ancha es de 52,43 días-luz. El modelo estima que el agujero negro supermasivo situado en el corazón de III Zw 002 es entre 400 y 900 millones de veces más masivo que nuestro Sol, y tiene un ángulo de inclinación de 18 grados con respecto a los observadores en la Tierra.
Rodríguez-Ardila declaró: "Este descubrimiento nos proporciona valiosos conocimientos sobre la estructura y el comportamiento de la región de líneas anchas de esta galaxia en particular, arrojando luz sobre los fascinantes fenómenos que tienen lugar en torno a los agujeros negros supermasivos de las galaxias activas."
Fuentes, créditos y referencias: