Desde el descubrimiento de Sagitario A * en el centro de nuestra galaxia, los astrónomos han llegado a comprender que la mayoría de las galaxias masivas tienen un agujero negro supermasivo (SMBH) en su núcleo. Esto se evidencia por las potentes emisiones electromagnéticas producidas en los núcleos de estas galaxias, que se conocen como "Núcleos Galácticos Activos" (AGN), que se cree que son causadas por el gas y el polvo que se acumulan en el SMBH.
Durante décadas, los astrónomos han estado estudiando la luz proveniente de los AGN para determinar qué tan grandes y masivos son sus agujeros negros. Esto ha sido difícil, ya que esta luz está sujeta al efecto Doppler, que hace que sus líneas espectrales se amplíen. Pero gracias a un nuevo modelo desarrollado por investigadores de China y EE. UU., Los astrónomos pueden estudiar estas Regiones de línea ancha (BLR) y hacer estimaciones más precisas sobre la masa de los agujeros negros.
El estudio, "Marea interrumpió los grupos polvorientos como el origen de líneas de emisión amplias en los núcleos galácticos activos", apareció recientemente en la revista científica Naturaleza. El estudio fue dirigido por Jian-Min Wang, investigador del Instituto de Física de Alta Energía (IHEP) de la Academia de Ciencias de China, con asistencia de la Universidad de Wyoming y la Universidad de Nanjing.
Para descomponerlo, los SMBH son conocidos por tener un toro de gas y polvo que los rodea. La gravedad del agujero negro acelera el gas en este toro a velocidades de miles de kilómetros por segundo, lo que hace que se caliente y emita radiación a diferentes longitudes de onda. Esta energía finalmente eclipsó a toda la galaxia circundante, que es lo que permite a los astrónomos determinar la presencia de un SMBH.
Como Michael Brotherton, profesor de la UW en el Departamento de Física y Astronomía y coautor del estudio, explicó en un comunicado de prensa de la UW:
"La gente piensa:" Es un agujero negro. ¿Por qué es tan brillante? "Un agujero negro todavía está oscuro. Los discos alcanzan temperaturas tan altas que emiten radiación a través del espectro electromagnético, que incluye rayos gamma, rayos X, UV, infrarrojos y ondas de radio. El agujero negro y el gas acumulador circundante del que se alimenta el agujero negro es combustible que enciende el cuásar ”.
El problema con la observación de estas regiones brillantes proviene del hecho de que los gases dentro de ellas se mueven tan rápidamente en diferentes direcciones. Mientras que el gas que se aleja (en relación con nosotros) se desplaza hacia el extremo rojo del espectro, el gas que se mueve hacia nosotros se desplaza hacia el extremo azul. Esto es lo que conduce a una región de línea amplia, donde el espectro de la luz emitida se vuelve más como una espiral, lo que dificulta la obtención de lecturas precisas.
Actualmente, la medición de la masa de SMBH en núcleos galácticos activos se basa en la "técnica de mapeo de reverberación". En resumen, esto implica el uso de modelos de computadora para examinar las líneas espectrales simétricas de un BLR y medir los retrasos de tiempo entre ellas. Se cree que estas líneas surgen del gas que ha sido fotoionizado por la fuerza gravitacional del SMBH.
Sin embargo, dado que hay poca comprensión de las líneas de emisión amplias y los diferentes componentes de las BLR, este método genera algunas incertidumbres entre 200 y 300%. "Estamos tratando de obtener preguntas más detalladas sobre regiones espectrales de línea ancha que nos ayudan a diagnosticar la masa del agujero negro", dijo Brotherton. "La gente no sabe de dónde provienen estas regiones de líneas de emisión amplias o la naturaleza de este gas".
En contraste, el equipo dirigido por el Dr. Wang adoptó un nuevo tipo de modelo de computadora que consideró la dinámica del toro de gas que rodea a un SMBH. Suponen que este toro estaría formado por grupos discretos de materia que serían interrumpidos por el agujero negro por la marea, lo que provocaría que algo de gas fluya hacia él (también conocido como acreciente) y que algunos sean expulsados como flujo de salida.
A partir de esto, descubrieron que las líneas de emisión en un BLR están sujetas a tres características: "asimetría", "forma" y "desplazamiento". Después de examinar varias líneas de emisiones, tanto simétricas como asimétricas, descubrieron que estas tres características dependían en gran medida de cuán brillantes fueran los grupos de gases, lo que interpretaron como el resultado del ángulo de su movimiento dentro del toro. O como lo expresó el Dr. Brotherton:
“Lo que proponemos sucede es que estos grupos polvorientos se están moviendo. Algunos se golpean entre sí y se fusionan, y cambian la velocidad. Tal vez se mudan al quásar, donde vive el agujero negro. Algunos de los grupos giran desde la región de la línea ancha. Algunos son expulsados ".
Al final, su nuevo modelo sugiere que grupos de materia interrumpidos por la marea provenientes de un toro de agujero negro pueden representar la fuente del gas BLR. En comparación con los modelos anteriores, el ideado por el Dr. Wang y sus colegas establece una conexión entre diferentes procesos y componentes clave en las proximidades de un SMBH. Estos incluyen la alimentación del agujero negro, la fuente de gas fotoionizado y el toro polvoriento en sí.
Si bien esta investigación no resuelve todos los misterios que rodean los AGN, es un paso importante para obtener estimaciones de masa precisas de SMBH en función de sus líneas espectrales. A partir de estos, los astrónomos podrían determinar con mayor precisión qué papel jugaron estos agujeros negros en la evolución de las galaxias grandes.
El estudio fue posible gracias al apoyo brindado por el Programa Nacional Clave para la Investigación y Desarrollo de Ciencia y Tecnología, y el Programa Clave de Investigación de Ciencias Fronterizas, ambos administrados por la Academia China de Ciencias.
