Detección de Vientos en los Núcleos Activos de Galaxias
Dr. Juan Pablo Torres Papaqui
Departamento de Astronomía,
División de Ciencias Naturales y Exactas,
Campus Guanajuato,
Universidad de Guanajuato
En la actualidad se han detectado en los centros de galaxias diferentes tipos de núcleos, los cuales muestran una inusual actividad, pero su principal característica es que emiten una gran cantidad de energía en forma de radiación. La teoría más aceptada es que dichos núcleos con actividad contienen en su centro un agujero negro supermasivo al cual está acretando material, y los diferentes tipos de núcleos con actividad dependen de la orientación en que lo veamos. Esta teoría es denominada el modelo unificado de AGN (por sus siglas en ingles, Active Galactic Nuclei).
La evidencia observacional de la existencia de agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias masivas o con estructura nuclear (bulbo) es hoy día irrefutable. Pero también esto nos indica que el agujero negro supermasivo juega un papel importante en la evolución de la galaxia huésped, principalmente en las fases en las cuales exista material acretando. Por lo que, en la fase de formación de ambos es cuando hubo la mayor cantidad de material acretando y cuando más luminoso fue el AGN y la galaxia por su intensa formación estelar (formación del bulbo). Esto explicaría la relación entre masa de bulbo y masa del agujero negro ya reportada por varios autores. Los científicos llaman a este fenómeno la autorregulación, esta autorregulación nos dice que el crecimiento del agujero negro y la galaxia huésped están conectados.
Se han realizado diferentes estudios en busca de la influencia de la actividad nuclear en la evolución de la galaxia, pero esto es muy difícil debido a que las escalas de tiempo entre ambos fenómenos son muy diferentes. El tiempo de actividad del núcleo se calcula del orden de 108 años y la evolución de la galaxia puede ser del orden de la edad del mismo Universo. Por lo tanto, debemos buscar más evidencia de dicha conexión observado estructuras, como son los bulbos, barras y brazos espirales. Además del gas y polvo a escalas de cercanas del agujero negro supermasivo y principalmente del material acretando.
Algunos científicos difieren con la edad del AGN de 108 años, dado que una de las principales evidencias de detección del AGN es su alta luminosidad, la cual depende directamente del material acretando al agujero negro supermasivo. Sin embargo, a falta de material acretando en el AGN este sería imposible de detectar. Por lo que, si por algún fenómeno externo a la galaxia (fusión con otra galaxia, efecto de marea, etcétera) existe material que acrete al agujero negro supermasivo, este será activo de nuevo y será posible detectarlo. Se concluye que el AGN puede ser activo en diferentes instancias y con diferentes periodos de duración dependiendo de la reserva de material alimentándolo.
Pero una gran pregunta es cómo se forma un agujero negro supermasivo, dado que la teoría explica muy bien la creación de agujero negros estelares y son del orden de un poco más de tres de masas solares hasta el más masivo detectado por LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) de 120 masas solares. La idea más popular es que estos agujeros negros supermasivos son el producto de varias fusiones primigenias (proto-galaxias) en el inicio de la formación de la galaxia. Sin embargo, el tiempo que tomaría fusionar agujeros estelares hasta llegar a las masas de los agujeros negros supermasivos (miles de millones de masas solares) sería del orden de la edad de la misma galaxia huésped.
Cabe mencionar que las galaxias que se observan en el Universo local son el producto de un largo proceso evolutivo que ha dejado huella de su historia y que se encuentra codificada en sus distintos componentes. Además de la existencia de una conexión entre la actividad del AGN y los brotes de formación estelar en las partes interiores de algunas galaxias, se han detectado en algunos AGN la presencia de vientos de gas, material expulsado del centro.
Los detalles de los mecanismos físicos responsables de estos vientos aun esta discusión. Pero se puede inferir que están relacionados a procesos de retroalimentación, es decir, material alimentando al AGN. La parte del gas que acreta al AGN es reemitido al medio interestelar por medio de vientos (outflows en ingles) de partículas relativistas. Estos vientos son capaces de inyectar en el medio interestelar enormes cantidades de momento y energía, pudiendo tanto detener (retroalimentación negativa) como propiciar (retroalimentación positiva) la formación estelar, afectando de este modo la evolución de la galaxia. Los vientos se han podido observar a lo largo del espectro electromagnético, desde los rayos X hasta radio.
Uno de los principales retos observacionales a la hora de estudiar el gas ionizado por AGN está en separar la contribución en el espectro observado del gas ionizado por radiación debida a estrellas masivas en regiones de formación estelar (llamadas regiones HII) circumnucleares. Otra limitante es la resolución espacial, ya que salvo para galaxias muy cercanas y usando los mayores telescopios existentes, es prácticamente imposible resolver espacialmente la distribución del gas y de las regiones de formación estelar a las escalas en que los AGN dominan el núcleo.
Usando los censos de Espectroscopia de Campo Integrada como The Calar Alto Legacy Integral Area Survey (CALIFA), Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory (ManGA), The Sydney-Australian Astronomical Observatory Multi-Object Integral-Field Spectrograph (SAMI) y los archivo archivos del The Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) en el Very Large Telescope (VLT) nos proporcionan observaciones con gran detalle espacial y espectroscópico de estos vientos.
Encontramos que estos vientos son comunes en galaxias que hospedan un AGN. Se confirma que a diferentes bandas del espectro electromagnético y diferentes escalas estos vientos están físicamente relacionados, lo que sugiere un origen común.
A partir del estudio de líneas de emisión ópticas de tales vientos, estos muestran gas ionizado a temperaturas de 103-104 grados Kelvin y una velocidad en la línea de visión de 102-103 km/s y escalas del orden de miles de parsecs (1 parsec = 3.086 x 1016 metros).
También se han encontrado vientos en las líneas de emisión del [OIII]5007 (oxigeno), H y H (hidrogeno). Aunque en cuásares a alto corrimiento al rojo se han observado además en [NII]6548,6584 (nitrógeno). Estas observaciones han complicado el estudio de los vientos dado que no siempre los vientos en las diferentes líneas de emisión están acopladas, es decir, los vientos detectados para la misma galaxias tiene diferentes velocidad en cada línea de emisión detectada.
Por lo que, no sabemos en qué grado estos vientos influyen en la evolución de la galaxia. Además de que si todos los AGN los producen o si lo producen algunos deberán estar por debajo del nivel de detección. Por lo que, el estudio de los AGN continúa siendo un gran misterio y un área de oportunidad para seguir generando ciencia básica.
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