Facultad de Ciencias Exactas y Naturales-UBA   AÑO 15 - NÚMERO 528   VIERNES, 27 DE MAYO DE 2005

Agujeros negros gemelos en M83

Haciendo uso de avanzados métodos de observación y análisis informático, un equipo de astrónomos argentinos estudió en longitudes de onda cercanas a la luz visible la galaxia espiral M83, distante unos quince millones de años luz de nuestro planeta y con un diámetro aproximado de 30.000 años luz.

La galaxia espiral M83.

  La mayoría de las galaxias tienen un único núcleo en su parte central; sin embargo, algunas tienen más de uno, y ese parece ser el caso de M83, observable desde el hemisferio sur en la constelación de Hydra. Los astrónomos Damián Mast, Rubén Díaz y Paz Aguero, de la Universidad Nacional de Córdoba y el Observatorio Nacional de Córdoba, lograron confirmar "la presencia de un núcleo o concentración de masa secundaria", cuya existencia ya había sido sugerida en el año 2000 por un equipo de investigadores liderado por Niranjan Thatte.

  Según los autores, ese núcleo secundario "no fue detectado en imágenes ópticas obtenidas previamente por el Telescopio Espacial Hubble, probablemente debido a la intensa absorción provocada por el gas y polvo" de la galaxia. Por esta causa, los astrónomos tuvieron que emplear complejas técnicas informáticas de análisis espectrográfico, además de un archivo de observaciones previas en frecuencias de radio con alta resolución, para revelar la existencia del segundo núcleo, visible unos 3,9 segundos de arco (aproximadamente unos 200 años luz) al noroeste del centro óptico de la galaxia.

  De acuerdo a Damián Mast, "las concentraciones de masa podrían ser cúmulos estelares en lugar de agujeros negros". El argentino indicó que "hay muy poca radiación no térmica asociada con alguna de las dos concentraciones de masa. Las únicas fuentes de rayos X están asociadas con remanentes de supernovas". Entonces, ¿hay agujeros negros en la región nuclear de M83? "Nuestras observaciones no nos permiten confirmar o desmentir eso. Lo único que podemos afirmar es que detectamos las huellas cinemáticas de dos concentraciones de masa", declaró Mast.

  Generalmente, la confirmación de la existencia de un agujero negro supermasivo es bastante difícil. Cuando el plano de una galaxia está orientado perpendicularmente respecto a la línea de visión desde nuestro planeta, los "jets" de materia eyectados a velocidades relativistas por este tipo de objetos se orientan en nuestra dirección. Esto hace que altos niveles de radiación sean detectables en un amplio rango de longitudes de onda, facilitando la detección del agujero negro supermasivo.

  Sin embargo, cuando este tipo de objetos están inactivos, o están orientados en cualquier otra dirección, el método primario de detección consiste en determinar las velocidades radiales de las estrellas cercanas al núcleo, midiendo el efecto Doppler que la atracción del agujero negro supermasivo provoca en el espectro de las mismas. A este sistema se refiere Mast con "huellas cinemáticas"; según el argentino, "la resolución espacial que tenemos sólo nos permite estimarlas dentro de un radio de 1,5 segundos de arco". La imposibilidad de resolver completamente ambos núcleos hace difícil confirmar si realmente son agujeros negros supermasivos; a pesar de eso, es la opción más probable.

  El equipo de investigadores realizó una serie de observaciones usando el Espectrógrafo de Campo Integral Multifuncional (MIFS, Multifunctional Integral Field Spectrograph) con el telescopio de 1,54 metros de diámetro de la Estación Astrofísica Bosque Alegre, en Sierras Chicas, Córdoba, Argentina. Los datos fueron obtenidos de marzo a mayo de 2001, en la longitud de onda de la luz visible cercana al rojo. Esto permitió evaluar el desplazamiento de las bandas de emisión del Hidrógeno-Alpha y el Nitrógeno II, a medida que el gas y el polvo circundantes al núcleo son afectados por su atracción gravitatoria.

  Debido a ciertas limitaciones impuestas por las condiciones atmosféricas locales, Mast, Díaz y Aguero aumentaron el volumen de datos disponibles al utilizar información espectral obtenida por el Telescopio Espacial Hubble. Esto les permitió crear mapas en tres dimensiones de la región nuclear de la galaxia. Según Mast, "M83 ha sido un objeto de estudio por parte de nuestro equipo durante años. La elegimos para demostrar cómo la espectroscopía tridimensional puede ser usada como una potente herramienta para definir sistemas complejos como el que encontramos en su núcleo".

  Entre otras características interesantes que fueron descubiertas usando esa aproximación, los astrónomos reportaron el hallazgo de "un pequeño y brillante arco rojo emergiendo al sudoeste" del núcleo, y "un gigantesco arco de formación estelar", cuya existencia había sido sugerida por primera vez en 1991. Dentro de ese arco, al noreste del nucleo, "hay muchos cúmulos estelares". Estos cúmulos fueron descubiertos en 2001. Según el equipo de astrónomos argentinos, "yendo en sentido contrario a las agujas del reloj a través de ese arco, una región altamente oscurecida muestra un gran número de nubes de polvo y una región de formación estelar emergente". Todas estas características se encuentran unos 250 años luz al oeste del núcleo de M83.

  Habiendo clarificado el panorama de la región nuclear de la galaxia, Mast y sus colegas analizaron las velocidades radiales asociadas con el gas ionizado presente en un radio de mil años luz alrededor del núcleo. "El campo de la velocidad radial sufre una distorsión que indica la presencia de dos masivas concentraciones de materia", según el argentino. Ninguna de esas concentraciones se encuentra exactamente en el centro óptico de la galaxia. De acuerdo a los datos obtenidos, en esas regiones el gas se mueve a velocidades superiores a los 634 kilómetros por segundo; estos valores son sustancialmente menores a los asociados con el agujero negro presente en el centro de nuestra Vía Láctea (1500 kilómetros por segundo), mucho más masivo que la suma de los dos detectados en M83.

  Quizás el detalle más interesante proveniente de esta investigación resulta la posible relación entre el segundo núcleo y el final del gigantesco arco de formación estelar con el que está asociado. Según los argentinos, esta relación sugiere que el núcleo secundario "sería el disparador de la intensa formación estelar visible en M83".

  Según Mast, "Un núcleo doble podría implicar que dos galaxias se hayan fusionado, pero debemos considerar escenarios muy diferentes. Una fusión mayor ocurre cuando dos galaxias de masa similar se consolidan formando una galaxia espiral gigante; este es potencialmente el destino futuro de la fusión entre nuestra Vía Láctea y M31. En cambio, una fusión menor ocurre cuando una galaxia enana satélite es atraída por su galaxia principal. Debido a la fricción dinámica, la galaxia intrusa cae hacia el núcleo principal de la galaxia mayor mientras la orbita. La apariencia de la galaxia principal, si consideramos una espiral gigante, no sería muy afectada".

  ¿El arco gigante de formación estelar detectado por el equipo de astrónomos argentinos implica que en el pasado ocurrió una fusión menor en M83? Para Mast, "existen diferentes trabajos que sugieren que las amplias regiones de formación estelar son generadas cuando una galaxia enana pasa a través de un medio de gas y polvo bastante denso". Sin embargo, concluyó el argentino, "para confirmar la hipótesis de que una galaxia enana se fusionó con M83 deberá realizarse una simulación numérica".

Fuente: Astronomía digital