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Ciencia.-Observación directa de una estructura inédita en un agujero negro

Científicos han logrado el hito de observar directamente el anillo de polvo más interno, buscado durante mucho tiempo, alrededor de un agujero negro supermasivo, en ángulo recto con su chorro emergente.

MADRID, 18 (EUROPA PRESS)

Se pensaba que tal estructura existía en el núcleo de las galaxias, pero había sido difícil de observar directamente porque el material intermedio oscurecía nuestra línea de visión.

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Ahora, el disco interno se detecta utilizando la resolución espacial más alta en las longitudes de onda infrarrojas que se haya hecho jamás para un objeto extragaláctico. El nuevo descubrimiento se acaba de publicar en The Astrophysical Journal.

"Este es un paso adelante muy emocionante para ver la región interna de una galaxia distante con detalles tan finos", dijo en un comunicado Gail Schaefer, directora asociada del Centro de Astronomía de Alta Resolución Angular (CHARA) Array.

Se cree que existe un agujero negro supermasivo en el centro de cada galaxia grande. A medida que el material en la región circundante es atraído hacia el centro, el gas forma una estructura similar a un disco caliente y brillante. En algunos casos, un chorro emerge de la vecindad del agujero negro en una dirección en ángulo recto con el disco. Sin embargo, esta estructura plana, que es esencialmente el "motor" de este sistema activo de agujeros negros supermasivos, nunca se ha visto directamente porque es demasiado pequeña para ser capturada por telescopios convencionales.

Una forma de acercarse a esta estructura clave es ver directamente un "anillo de polvo" exterior: el gas interestelar contiene granos de polvo, pequeñas partículas sólidas hechas de elementos pesados, que solo pueden sobrevivir en la región exterior donde la temperatura es lo suficientemente baja (-unos 1500K- de lo contrario, los metales se evaporan). El polvo calentado emite radiación infrarroja térmica y, por lo tanto, se vería como un anillo exterior alrededor del agujero negro, si el sistema central tiene una estructura plana. La detección de su estructura sería un paso clave para delinear cómo funciona el motor central.

Los intentos de ver esta estructura desde el borde son difíciles, porque el sistema está oscurecido por el mismo polvo que actúa como absorbente de luz. En cambio, en la nueva investigación, el equipo se centró en un sistema con vista frontal, el objeto más brillante de este tipo en el universo cercano. Sin embargo, la detección necesitaba una resolución espacial muy alta en las longitudes de onda infrarrojas y, al mismo tiempo, una gran variedad de telescopios dispuestos adecuadamente para observar objetos en diferentes orientaciones.

El interferómetro CHARA Array de la Universidad Estatal de Georgia en el Observatorio Mount Wilson en California es la única instalación que cumple con estos dos requisitos. El conjunto consta de 6 telescopios, cada uno de los cuales tiene un espejo de 1 metro de diámetro, que se combinan para lograr la resolución espacial de un telescopio mucho más grande. Si bien cada telescopio individual es relativamente pequeño, el diseño de la matriz está optimizado para observar objetos en una variedad de ángulos y con grandes distancias entre telescopios. Esto logra una capacidad de resolución espacial muy alta. CHARA Array en realidad tiene los ojos más agudos del mundo en longitudes de onda infrarrojas.

Con CHARA Array, el equipo finalmente detectó el anillo de polvo, en ángulo recto con el chorro emergente en el centro de la galaxia llamado NGC 4151.

"Esperábamos ver esta estructura en un objeto de núcleo desnudo durante mucho, mucho tiempo", dice Makoto Kishimoto, investigador principal del proyecto en la Universidad Kyoto Sangyo.

Un gran impulso fue que cada telescopio ha agregado recientemente un nuevo sistema llamado "óptica adaptativa".

Matt Anderson, investigador postdoctoral en CHARA Array que desempeñó un papel fundamental en la realización de las observaciones, dice: "Esto aumentó en gran medida la tasa de inyección de la luz, compensando el espejo colector relativamente pequeño para observar el objetivo extragaláctico, que es mucho más débil que los objetivos estelares típicamente observados en nuestra galaxia".

Durante los últimos casi 40 años, los investigadores en el campo creyeron que este anillo de polvo es una clave para comprender las diferentes características de los sistemas de agujeros negros supermasivos en acreción. Las propiedades que observamos dependen de si tenemos una vista oscurecida de borde o una vista clara de frente del núcleo de la galaxia activa. La detección de esta estructura en forma de anillo valida este modelo.

Además, la detección probablemente no sea solo una indicación de una estructura plana. Estudios adicionales han demostrado que la estructura vista en longitudes de onda infrarrojas ligeramente más largas, correspondientes a una región exterior aún más grande, parece alargada a lo largo del chorro y no en ángulo recto con él. Esto se ha interpretado como una indicación de que sopla un viento polvoriento en la dirección del chorro. El hallazgo actual de que la estructura interna parece plana y perpendicular al chorro es un vínculo importante con la estructura ventosa y su interacción con el resto de la galaxia que rodea el sistema activo de agujeros negros.

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