Famoso agujero negro supermasivo, “espiado” por el Gran Telescopio CANARIAS

Observaciones inéditas realizadas por un grupo internacional de investigadores con el instrumento CanariCam del Gran Telescopio CANARIAS aportan nueva información sobre los campos magnéticos en las inmediaciones del núcleo activo de la galaxia Cygnus A

Por Javier Pérez Barbuzano.

Cygnus A es una galaxia elíptica situada a unos 600 millones de años luz de la Tierra que aloja en su centro un agujero negro supermasivo. Es uno de los objetos más brillantes del cielo en cuanto a emisiones de radio y protagonista de Contact, la famosa novela de ciencia ficción de Carl Sagan llevada al cine. Se trata de una galaxia activa, lo que significa que el agujero negro está absorbiendo materia de su entorno. Cuando esto sucede se producen poderosas emisiones de radiación electromagnética, además de la formación de dos grandes chorros de partículas, llamados jets, que surgen del núcleo galáctico y son lanzadas casi a la velocidad de la luz hacia los confines de la galaxia en un viaje de unos trescientos mil años hasta el medio intergaláctico.

Esta es la primera vez que se han realizado observaciones polarimétricas en el infrarrojo medio [1] de las proximidades del núcleo de una galaxia activa. “La combinación del Gran Telescopio CANARIAS (GTC) y Canaricam ofrece unas prestaciones únicas para la observación de galaxias activas usando técnicas polarimétricas en el infrarrojo medio”, explica Enrique López Rodríguez, investigador de la Universidad de Texas en Austin (EEUU) y autor principal de este estudio publicado en The Astrophisical Journal. “No existe ningún otro instrumento comparable en este sentido –subraya– ni se espera que lo haya hasta la próxima década, ya que los instrumentos en desarrollo actualmente no tienen capacidades polarimétricas”.

La polarimetría es la técnica que estudia la intensidad y orientación de las ondas electromagnéticas. “Si la radiación observada está polarizada en una cierta dirección y con una cierta dependencia del espectro electromagnético, es posible obtener información acerca de los mecanismos físicos que generan dicha polarización. Esta técnica nos ayuda a estrujar hasta la ultima gota de información de cada fotón recolectado con el GTC”, según López Rodríguez. “La polarimetría –añade– nos permite eliminar de la observación toda la luz que no esté influenciada por el campo magnético del núcleo activo, de manera que podemos filtrar toda aquella que procede de otras fuentes, como la propia galaxia o estrellas de fondo. Esto nos permite un mayor contraste en la observación de los jets y el polvo en la galaxia, a la vez que estudiamos la influencia del campo magnético en los mismos”.

A raíz de estas observaciones, los astrónomos han podido saber que el plasma que está siendo eyectado por el núcleo activo se mueve alrededor del campo magnético del jet, lo que genera un tipo de radiación llamado ‘radiación de sincrotrón’, provocada por el rápido movimiento de electrones a través de los campos magnéticos. Si bien este fenómeno ya se había observado en otras longitudes de onda, es la primera vez que se detecta en el infrarrojo medio, lo que ha permitido confirmar que el plasma en el  jet de Cygnus A está altamente confinado por la influencia del campo magnético. Estas observaciones permiten obtener información acerca de  la configuración del campo magnético en las inmediaciones del agujero negro [2], una información muy valiosa ya que este no puede ser observado directamente.

Un puzzle cósmico

Los astrónomos clasifican a Cygnus A como una radiogalaxia debido a que es una de las fuentes de ondas de radio más poderosas del cielo nocturno. Fue observada por primera vez en 1939 y recibe su nombre debido a que es la mayor fuente de ondas de radio en la constelación del Cisne (del latín Cygnus). A pesar de ello, esta galaxia emite ondas en todo el espectro electromagnético, lo que la convierte en un laboratorio astronómico perfecto y uno de los objetos de estudio favoritos de los astrónomos, quienes van realizando observaciones con distintos instrumentos y en distintas longitudes de onda para después interpretarlas, aportando piezas a un rompecabezas que permita comprender lo que sucede en esta región del Universo.

Cygnus A muestra una estructura muy compleja que incluye un núcleo compacto y sendos chorros o jets de material moviéndose desde el centro a los confines de la galaxia, todo ello oculto bajo un manto de polvo con una estructura irregular que resulta impenetrable para la luz visible. “Se trata de una galaxia paradigmática para el estudio de la formación y evolución de jets ya que el polvo oscurece el centro de la galaxia por completo, lo que nos permite discriminar muy bien la luz que nos llega desde los jets”, aclara López Rodríguez. Por este motivo, el equipo de investigación ha recurrido a CanariCam, un instrumento creado para detectar la luz infrarroja que tiene la particularidad de no ser bloqueada por el polvo cósmico.

El Gran Telescopio CANARIAS ofrece unas prestaciones únicas para realizar estas observaciones. Gracias a su gran espejo primario, que permite una gran resolución espacial, combinado con su instrumento Canaricam capaz de observar en el rango del infrarrojo medio, es posible estudiar las emisiones en luz infrarroja que escapan de la galaxia. Estas emisiones provienen de materiales que no están lo suficientemente calientes para emitir luz en el espectro visible, pero que tienen la temperatura suficiente para hacerlo en el rango del infrarrojo, en torno a unos 220K (-53ºC). Además, las capacidades polarimétricas de Canaricam aportan una capa adicional de información que los astrónomos pueden analizar para interpretar otros mecanismos físicos.

Hasta ahora se sabe muy poco acerca de la polarización de la luz infrarroja emitida por los agujeros negros supermasivos que residen en el centro de la mayoría de las galaxias activas. Los astrónomos esperan que estas y otras observaciones similares puedan aportar nuevos datos que ayuden a comprender los mecanismos que rigen la actividad de estos monstruos cósmicos y su influencia sobre las galaxias que habitan.

Notas:

[1] Para intentar explicar el mecanismo dominante de polarización de Cygnus A en longitudes de onda del infrarrojo medio, este trabajo presenta observaciones polarimétricas de alta resolución angular (~0.4 arcseconds) en los filtros de 8,7 y 11,6 µm utilizando el instrumento CanariCam, instalado en el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), de 10,4 metros, en el Observatorio del Roque de los Muchachos del Instituto de Astrofísica de Canarias, en la isla de La Palma (España).

[2] El en caso de Cygnus A, el ~65% de polarización en el infrarrojo medio es próximo al 70% teórico, lo que indica un campo magnético altamente ordenado en las regiones cercanas al núcleo de Cygnus A.

Artículo: “Polarized mid-infrared synchrotron emission in the core of Cygnus A”, por E. Lopez-Rodríguez (Universidad de Texas, EEUU), C. Packham (Universidad de Texas, EEUU), C. Tadhunter (University of Sheffield, Reino Unido), R. Mason (Gemini Observatory, EE.UU), E. Perlman (Florida Institute of Technology, EE.UU), A. Alonso-Herrero (Instituto de Física de Cantabria-August G. Linares Senior Research Fellow), C. Ramos Almeida (IAC, ULL, Marie Curie Fellow), K. Ichikawa (Kyoto University, Japón), N. A. Levenson (Gemini Observatory, Chile), J. M. Rodríguez-Espinosa (IAC-ULL), C. A. Álvarez (ULL-GTC Project), E. A. Ramírez (Universidade de São Paulo, Brasil), and C. M. Telesco (University of Florida, EE.UU). 2014, ApJ 793 81. DOI: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/793/2/81?fromSearchPage=true

Contacto: 
Enrique López Rodríguez: Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Texas, San Antonio (EE.UU). enrique.lopezrodriguez@utexas.edu

Cristina Ramos Almeida (IAC):  cra@iac.es

José Miguel Rodríguez Espinosa (IAC): jre@iac.es