El Universo observable es un lugar extremadamente grande, que mide aproximadamente 91 mil millones de años luz de diámetro. Como resultado, los astrónomos se ven obligados a confiar en instrumentos poderosos para ver objetos lejanos. Pero incluso estos a veces son limitados y deben combinarse con una técnica conocida como lente gravitacional. Esto implica confiar en una gran distribución de materia (una galaxia o estrella) para magnificar la luz proveniente de un objeto distante.
Usando esta técnica, un equipo internacional dirigido por investigadores del Observatorio de Radio Owens Valley (OVRO) del Instituto de Tecnología de California (Caltech) pudo observar chorros de gas caliente arrojados desde un agujero negro supermasivo en una galaxia distante (conocido como PKS 1413 + 135) El descubrimiento proporcionó la mejor vista hasta la fecha de los tipos de gas caliente que a menudo se detectan provenientes de los centros de agujeros negros supermasivos (SMBH).
Los resultados de la investigación se describieron en dos estudios que se publicaron en la edición del 15 de agosto de El diario astrofísico. Ambos fueron dirigidos por Harish Vedantham, un becario posdoctoral de Caltech Millikan, y formaron parte de un proyecto internacional dirigido por Anthony Readhead, el profesor de astronomía Robinson, emérito y director de la OVRO.
Este proyecto OVRO ha estado activo desde 2008, realizando observaciones dos veces por semana de unos 1.800 SMBH activos y sus respectivas galaxias utilizando su telescopio de 40 metros. Estas observaciones se han llevado a cabo en apoyo del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, que ha llevado a cabo estudios similares de estas galaxias y sus SMBH durante el mismo período.
Como el equipo indicó en sus dos estudios, estas observaciones han proporcionado una nueva visión de los grupos de materia que se expulsan periódicamente de los agujeros negros supermasivos, así como también abren nuevas posibilidades para la investigación de lentes gravitacionales. Como el Dr. Vedantham indicó en un reciente comunicado de prensa de Caltech:
“Hemos sabido de la existencia de estos grupos de material que fluyen a lo largo de los chorros de agujeros negros, y que se mueven cerca de la velocidad de la luz, pero no se sabe mucho sobre su estructura interna o cómo se lanzan. Con sistemas de lentes como este, podemos ver los grupos más cerca del motor central del agujero negro y con mucho más detalle que antes ".
Si bien se cree que todas las galaxias grandes tienen un SMBH en el centro de su galaxia, no todas tienen chorros de gas caliente que las acompañan. La presencia de tales chorros está asociada con lo que se conoce como un Núcleo Galáctico Activo (AGN), una región compacta en el centro de una galaxia que es especialmente brillante en muchas longitudes de onda, incluyendo radio, microondas, infrarrojo, óptico, ultravioleta, Rayos X y radiación de rayos gamma.
Estos chorros son el resultado del material que se empuja hacia un SMBH, y algunos de ellos terminan siendo expulsados en forma de gas caliente. El material en estas corrientes viaja a una velocidad cercana a la de la luz, y las corrientes están activas durante períodos que van de 1 a 10 millones de años. Mientras que la mayoría de las veces, los chorros son relativamente consistentes, cada pocos años, escupen grumos adicionales de materia caliente.
En 2010, los investigadores de OVRO notaron que las emisiones de radio del PKS 1413 + 135 se habían intensificado, disminuido y luego aumentado nuevamente en el transcurso de un año. En 2015, notaron el mismo comportamiento y realizaron un análisis detallado. Después de descartar otras posibles explicaciones, concluyeron que el brillo general probablemente fue causado por dos grupos de material de alta velocidad que fueron expulsados del agujero negro.
Estos grupos viajaron a lo largo del chorro y se magnificaron cuando pasaron detrás de la lente gravitacional que estaban usando para sus observaciones. Este descubrimiento fue bastante fortuito y fue el resultado de muchos años de estudio astronómico. Como Timothy Pearson, científico investigador sénior de Caltech y coautor del artículo, explicó:
“Se han tomado observaciones de una gran cantidad de galaxias para encontrar este objeto con las caídas simétricas en brillo que apuntan a la presencia de una lente gravitacional. Ahora estamos analizando todos nuestros otros datos para tratar de encontrar objetos similares que puedan dar una vista ampliada de los núcleos galácticos ".
Lo que también fue emocionante acerca de las observaciones del equipo internacional fue la naturaleza de la "lente" que utilizaron. En el pasado, los científicos confiaban en lentes masivas (es decir, galaxias enteras) o micro lentes que consistían en estrellas individuales. Sin embargo, el equipo dirigido por el Dr. Vedantham y el Dr. Readhead se basó en lo que ellos describen como una "lente milimétrica" de aproximadamente 10,000 masas solares.
Este podría ser el primer estudio en la historia que se basó en una lente de tamaño intermedio, que creen que probablemente sea un cúmulo estelar. Una de las ventajas de una lente de tamaño mili es que no es lo suficientemente grande como para bloquear toda la fuente de luz, por lo que es más fácil detectar objetos más pequeños. Con este nuevo sistema de lentes gravitacionales, se estima que los astrónomos podrán observar grupos a escalas aproximadamente 100 veces más pequeñas que antes. Como Readhead explicó:
“Los grupos que estamos viendo están muy cerca del agujero negro central y son pequeños, solo unos pocos días luz de diámetro. Creemos que estos pequeños componentes que se mueven cerca de la velocidad de la luz están siendo magnificados por una lente gravitacional en la galaxia espiral en primer plano. Esto proporciona una resolución exquisita de una millonésima de segundo de arco, lo que equivale a ver un grano de sal en la luna desde la Tierra ".
Además, los investigadores indican que la lente en sí es de interés científico, por la sencilla razón de que no se sabe mucho acerca de los objetos en este rango de masa. Por lo tanto, este posible cúmulo estelar podría actuar como una especie de laboratorio, dando a los investigadores la oportunidad de estudiar las lentes milimétricas gravitacionales y al mismo tiempo proporcionar una visión clara de los chorros nucleares que fluyen desde los núcleos galácticos activos.
Mirando hacia el futuro, el equipo espera confirmar los resultados de sus estudios utilizando otra técnica conocida como Interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Esto implicará radiotelescopios de todo el mundo que tomarán imágenes detalladas de PKS 1413 + 135 y SMBH en su centro. Dado lo que han observado hasta ahora, es probable que este SMBH escupe otro grupo de materia en unos pocos años (para 2020).
Vedantham, Readhead y sus colegas planean estar listos para este evento. Detectar este próximo grupo no solo validaría sus estudios recientes, sino que también validaría la técnica de mili-lente que utilizaron para realizar sus observaciones. Como indicó Readhead, "No podríamos hacer estudios como estos sin un observatorio universitario como el Owens Valley Radio Observatory, donde tenemos tiempo para dedicar un gran telescopio exclusivamente a un solo programa".
Los estudios fueron posibles gracias a los fondos proporcionados por la NASA, la National Science Foundation (NSF), la Smithsonian Institution, la Academia Sinica, la Academia de Finlandia y el Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) de Chile.
