Descubren bucles magnéticos alrededor de un agujero negro supermasivo
Astrónomos observan por primera vez posibles filamentos magnéticos en el disco de acreción que rodea al agujero negro supermasivo de una famosa galaxia cercana.
Por Enrique Coperías
Recreación de la galaxia NGC1068, con su poderoso agujero negro y disco de acreción, y una polarización nunca antes vista en máseres de agua fuera de nuestra galaxia. Crédito: NSF / AUI/NSF NRAO / S.Dagnello
NGC 1068, también conocida como M77, es una galaxia espiral barrada que se encuentra a unos 47 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Cetus. Se trata de una de las galaxias activas más cercanas y mejor estudiadas, clasificada como un núcleo galáctico activo (AGN) del tipo Seyfert 2. Este tipo de galaxias se caracteriza por su núcleo brillante y altamente energético, alimentado por un agujero negro supermasivo en su centro.
Sin embargo, a pesar de su condición de objetivo popular para los astrónomos, su disco de acreción está oscurecido por densas nubes de polvo y gas. El disco de acreción exterior, de unos pocos años luz de diámetro, está salpicado por cientos de diferentes fuentes de máseres de agua — emisiones amplificadas de microondas que provienen de moléculas de agua (H₂O) en regiones específicas del espacio— que, durante décadas, dieron pistas sobre estructuras más profundas.
Recordemos que los máseres son faros distintivos de radiación electromagnética que brillan en longitudes de onda de microondas o radio; en radioastronomía, los máseres de agua observados a una frecuencia de 22 GHz son particularmente útiles, porque pueden brillar a través de gran parte del polvo y el gas que oscurecen las longitudes de onda ópticas.
Una manera completamente nueva de asomarse a NGC 1068
Liderado por el astrónomo Jack Gallimore, de la Universidad de Bucknell, en Estados Unidos, un equipo internacional de astrónomos y estudiantes emprendió la tarea de observar la galaxia NGC 1068 con dos objetivos principales: cartografiar astrométricamente el continuo de radio de la galaxia y medir la polarización de sus máseres de agua.
«NGC 1068 es algo así como una celebridad entre las galaxias activas —comenta C. M. Violette Impellizzeri, astrofísica de la Universidad de Leiden (Países Bajos) y coautora del estudio, que ha sido publicado en The Astrophysical Journal Letters. Y añade—: Es inusualmente poderosa, con un agujero negro y un disco de acreción visto casi de perfil. Además, por estar tan cerca, ha sido estudiada con gran detalle”.
Sin embargo, Gallimore y su equipo se propusieron observar a NGC 1068 de una manera completamente nueva.
Estas observaciones fueron posibles gracias al recientemente mejorado High Sensitivity Array (HSA), que incluye los telescopios del NSF NRAO en el Karl G. Jansky Very Large Array; el Very Long Baseline Array; y el telescopio Green Bank, todos interconectados y plenamente respaldados por el NSF NRAO (The National Radio Astronomy Observatory).
Máseres alineados como las cuentas de un collar
Al medir la polarización de los máseres de agua junto con el continuo de emisiones de radio de NGC 1068, el equipo generó un mapa que reveló la fuente compacta de radio ahora conocida como NGC 1068*, así como estructuras extendidas y misteriosas con emisiones más tenues.
El cartografiado de la distribución astrométrica de NGC 1068 y sus máseres de agua reveló que se extienden a lo largo de filamentos de estructura. «En estas nuevas observaciones se ha puesto de manifiesto que estos filamentos de máseres se alinean como cuentas de un collar», resume Gallimore.
El equipo se quedó atónito al ver que existe un claro desfase —un ángulo de desplazamiento— entre el continuo de radio que muestra las estructuras del núcleo de la galaxia y las ubicaciones de los propios máseres. «La configuración es inestable, por lo que probablemente estemos observando la fuente de un flujo de salida lanzado magnéticamente», supone Gallimore.
Una polarización jamás vista
Zona central de la galaxia M77, también conocida como NGC 1068, observada por ALMA y el Hubble. Su núcleo es notablemente brillante, lo que se debe a la emisión de radiación de gas caliente que está siendo acelerado y calentado a medida que cae hacia el agujero negro central. Cortesía: NASA/ESA.
Las mediciones de HSA de la polarización de estos máseres de agua sacaron a la luz pruebas sorprendentes de la existencia de campos magnéticos. «Nadie había visto nunca polarización en máseres de agua fuera de nuestra galaxia», subraya Gallimore en una nota de prensa del NRAO.
Al igual que las estructuras en bucle que se observan en la superficie del Sol como prominencias, el patrón de polarización de estos máseres de agua indica claramente que los campos magnéticos también están en el origen de estas estructuras a escala de años luz. «Observar los filamentos y ver que los vectores de polarización son perpendiculares a ellos es la clave para confirmar que se trata de estructuras impulsadas magnéticamente. Es exactamente lo que cabría esperar», dice Gallimore.
Estudios previos de la región apuntaban a patrones que normalmente se asocian con campos magnéticos, pero tales conclusiones quedaron fuera del alcance de la tecnología de observación hasta hace poco. «Solo el HSA tiene la combinación de resolución y sensibilidad necesaria para mapear los campos magnéticos utilizando luz polarizada», explica Gallimore.
Campos magnéticos en acción
En palabras de Impellizzeri, “ha habido muchas mejoras en las instalaciones del NSF NRAO. Todos los telescopios han tenido mejoras significativas. Y una de las razones por las que decidimos que valía la pena rehacer estas observaciones, en lugar de simplemente volver al archivo, fue que sabíamos que ahora obtendríamos datos mucho mejores”.
Sus hallazgos revelan la existencia de una fuente de radio central compacta —el agujero negro supermasivo de la galaxia—; una clara polarización de los máseres de agua, que indica la existencia de estructura en los campos magnéticos de NGC 1068; y espectaculares características extendidas a través del continuo de radiofrecuencias.
En conjunto, estos hallazgos indican que los campos magnéticos son los impulsores subyacentes de estos fenómenos.
Tras la «cola del zorro»
Sin embargo, aún quedan muchos misterios por resolver. En el mapa del continuo de radio, por ejemplo, hay una protuberancia difusa y tenue que el equipo apodó la cola de zorro y que se extiende hacia el norte desde la región central.
«Cuando nos propusimos hacer esto, nos dijimos: “vamos a ver si realmente podemos superar los límites y obtener un buen continuo, así como datos de polarización”—explica Gallimore. Y añade—: Ambos objetivos se cumplieron. Con el NSF NRAO High Sensitivity Array, detectamos por primera vez la polarización del megamaser de agua, y también hicimos un mapa del continuo realmente asombroso que todavía estamos intentando comprender». ▪️
Información facilitada por The National Radio Astronomy Observatory
Fuente: Jack F. Gallimore et al. The Discovery of Polarized Water Vapor Megamaser Emission in a Molecular Accretion Disk. The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad864f
