ALMA sondea los misterios de los chorros procedentes de agujeros negros gigantes

16 de octubre de 2013

 

Dos equipos internacionales de astrónomos han utilizado las capacidades de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudiar en detalle los chorros que emiten los enormes agujeros negros del centro de las galaxias y observar cómo afectan a su entorno. Han logrado, por un lado, la mejor imagen obtenida hasta el momento del gas molecular que rodea a un agujero negro cercano y poco activo y, por otro, han captado un inesperado destello de la base de un potente chorro cercano a un agujero negro distante.

En el centro de casi todas las galaxias del universo hay agujeros negros supermasivos — con masas de más miles de millones de veces la masa del Sol —, incluso en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. En un pasado remoto, estos extraños objetos eran muy activos, engullendo enormes cantidades de material de sus alrededores, resplandeciendo con un brillo cegador y eyectando diminutas fracciones de esa materia a través de chorros extremadamente potentes. En el universo actual, la mayor parte de los agujeros negros supermasivos son mucho menos activos que en su juventud, pero la interacción entre los chorros y su entorno aún sigue moldeando a las galaxias.

Dos nuevos estudios publicados hoy en la revista Astronomy & Astrophysics, han utilizado ALMA para sondear los chorros de los agujeros negros a escalas muy diferentes: un agujero negro cercano y relativamente tranquilo en la galaxia NGC 1433 y un objeto muy distante y activo llamado PKS 1830-211.

"ALMA ha revelado la existencia de una sorprendente estructura espiral en el gas molecular cercano al centro de NGC 1433," afirma Françoise Combes (Observatorio de París, Francia), autora principal del primer artículo. "Esto explica cómo fluye el material hacia el interior para alimentar al agujero negro. Con estas nuevas y precisas observaciones de ALMA hemos descubierto un chorro de material que fluye fuera del agujero negro, extendiéndose solo unos 150 años luz. Es el chorro molecular de este tipo más pequeño observado hasta ahora en una galaxia externa".

El descubrimiento de este chorro, que está siendo arrastrado junto con el chorro desde el agujero negro central, muestra cómo este tipo de chorros pueden frenar la formación estelar y regular el crecimiento de los bulbos centrales de las galaxias [1].

En PKS 1830-211, Ivan Martí-Vidal (Universidad Chalmers de Tecnología, Observatorio Espacial de Onsala, Onsala, Suecia) y su equipo también han observado y agujero negro supermasivo con un chorro, pero este es mucho más brillante y activo y se encuentra en el Universo temprano [2]. Esto resulta inusual ya que su brillante luz, en su camino hacia la Tierra, topa con una galaxia masiva, dividiéndose en dos imágenes debido a la lente gravitatoria [3].

De vez en cuando, de repente los agujeros negros supermasivos engullen una gran cantidad de masa [4], lo que aumenta la potencia de los chorros y provoca que la radiación aumente a las energías más altas. Ahora, ALMA ha captado, por casualidad, uno de estos eventos en PKS 1830-211.

"Observar con ALMA  este caso de “indigestión” de un agujero negro ha sido totalmente casual. Estábamos observando PKS 1830-211 con otros fines y entonces detectamos sutiles cambios de color e intensidad en las lentes gravitatorias. Tras estudiar con detalle este comportamiento inesperado llegamos a la conclusión de que estábamos observando, por un golpe de suerte, en el momento adecuado, justo cuando nueva materia fresca entraba en la base del chorro del agujero negro", afirma Sebastien Muller, uno de los coautores del segundo artículo.

El equipo también quiso saber si este violento evento fue captado por otros telescopios y se sorprendieron al detectar una clara señal en rayos gamma gracias a las observaciones de  monitorización del satélite Fermi-LAT. El proceso que causó el aumento de radiación en longitudes de onda largas, captadas por ALMA, fue también el responsable del gran aumento de brillo en el chorro, alcanzando las energías más altas que pueden obtenerse en el Universo [5].

"Es la primera vez que se establece una conexión tan evidente entre los rayos gamma y las ondas de radio submilimétricas partiendo de la observación del chorro de un agujero negro", añade Sebastien Muller.

Las dos nuevas observaciones son solo el inicio de las investigaciones de ALMA en torno a los trabajos relacionados con los chorros de agujeros negros supermasivos, tanto cercanos como distantes. El equipo de Combes ya está estudiando otras galaxias activas cercanas con ALMA, y se espera que el singular objeto PKS 1830-211 sea el centro de muchas otras investigaciones futuras con ALMA y otros telescopios.

 

"Aún queda mucho por conocer acerca de cómo los agujeros negros pueden crear esos enormes y energéticos chorros de materia y radiación", concluye Ivan Martí-Vidal. “Pero los nuevos resultados, obtenidos incluso antes de que se completara la construcción de ALMA, muestran que es una potente herramienta, única para sondear estos chorros — ¡y los descubrimientos no han hecho más que empezar!".

Notas

[1] Este procesos, denominado retroalimentación (feedback en inglés), puede explicar la misteriosa relación entre la masa de un agujero negro en el centro de una galaxia y la masa del bulbo que lo rodea. El agujero negro acreta gas y crece de forma más activa, pero entonces produce chorros que limpian de gas las regiones circundantes y frenan la formación estelar, parándola.

[2] PKS 1830-211 tiene un desplazamiento al rojo de 2.5, lo cual significa que su luz ha tenido que viajar unos 11 billones de años antes de llegar hasta nosotros. La luz que vemos fue emitida cuando el Universo tenía tan solo un 20% de su edad actual. Haciendo una comparación, la luz de NGC 1433 solo tarda unos 30 millones de años en alcanzar la Tierra, un tiempo muy corto en términos galácticos.

[3] La teoría de la Relatividad General de Einstein predice que los rayos de luz se desviarán al pasar cerca de un objeto masivo como una galaxia. Este efecto se denomina lente gravitatoria y, desde su primera confirmación en 1979, se han descubierto numerosos efectos de lente gravitatoria. La lente puede crear múltiples imágenes además de distorsionar y aumentar las fuentes de luz del fondo.

[4] El material que cae podría ser una estrella o una nube molecular. Este tipo de evento, con una nube cayendo, ya ha sido observado en el centro de la Vía Láctea (eso1151, eso1332).

[5] Esta energía se emite como rayos gamma, la longitud de onda más corta y la energía más potente en forma de radiación electromagnética.

 

La nebulosa Toby Jug más de cerca

El telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO ha captado una imagen sorprendentemente detallada de la nebulosa de Toby Jug, una nube de gas y polvo que rodea a una estrella gigante roja. Esta imagen muestra la característica estructura en forma de arco de la nebulosa, la cual, fiel a su nombre (en inglés se denomina “Toby Jug” a las jarras de cerveza con forma de hombre), parece una jarra con asa.

Situada a unos 1.200 años luz de la Tierra, en la constelación austral de Carina (La Quilla), la nebulosa de Toby Jug, formalmente conocida como IC 2220, es un ejemplo de nebulosa de reflexión. Es una nube de gas y polvo iluminada desde el interior por una estrella llamada HD 65750. Esta estrella, de un tipo conocido como gigante roja, tiene cinco veces la masa de nuestro Sol, pero está en una fase mucho más avanzada de su vida, pese a que, en comparación, es joven, ya que cuenta con unos 50 millones de años [1].

La nebulosa se creó por la estrella, que pierde parte de su masa lanzándola al entorno espacial, formando una nube de gas y polvo a medida que el material se enfría. El polvo consiste en elementos como el carbono y otros componentes simples y resistentes al calor como el dióxido de titanio y el óxido de calcio (cal). En este caso, estudios detallados del objeto en luz infrarroja apuntan a que el componente que más refleja la luz de la estrella es el dióxido de silicio (sílice).

IC 2220 es visible porque la luz de la estrella se refleja por los granos de polvo. Esta estructura de mariposa celeste es casi simétrica, y se extiende a lo largo de un año luz. Esta fase de la vida de una estrella es muy corta y este tipo de objetos son poco comunes.

Las estrellas rojas gigantes son estrellas viejas que se acercan a la fase final de su evolución. Casi han gastado sus reservas de hidrógeno, que desencadena las reacciones que tienen lugar durante la mayor parte de la vida de las estrellas. Esto causa que la atmósfera de la estrella se expanda de forma considerable. Las estrellas como HD 65750 queman una capa de helio que rodea a un núcleo de carbono-oxígeno, a veces acompañados de una capa de hidrógeno más cercana a la superficie de la estrella.

Dentro de miles de millones de años nuestro Sol también alcanzará la fase de gigante roja. Se espera que la atmósfera solar se expanda más allá de la órbita de la Tierra, engullendo a todos los planetas interiores en este proceso. Para entonces, la Tierra no estará en su mejor momento. El gran incremento de radiación y los fuertes vientos estelares que acompañan al proceso de inflación estelar destruirán toda la vida en la Tierra y evaporarán el agua de los océanos antes de que todo el planeta acabe derretido.

Los astrónomos británicos Paul Murdin, David Allen y David Malin le dieron a IC 2220 el apodo de nebulosa de Toby Jug debido a su forma, similar a una antigua jarra inglesa llamada Toby Jug que les era familiar en su juventud.
Esta imagen se obtuvo como parte del programa Joyas Cósmicas de ESO [2].

Notas

[1] Las estrellas con más de masa tienen vidas más cortas que las más ligeras, como el Sol, que tienen vidas que se miden en miles de millones de años, en lugar de millones de años.
[2] Esta imagen procede del programa Joyas Cósmicas de ESO, una iniciativa de divulgación cuya intención es producir imágenes de objetos interesantes, llamativos o visualmente atractivos utilizando telescopios de ESO con finalidades educativas y divulgativas. El programa utiliza tiempo de observación que no puede usarse para observaciones científicas. Todos los datos obtenidos son puestos a disposición de los astrónomos a través del archivo científico de ESO.

Entrega de la última antena de ALMA

La última antena del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array acaba de ser entregada al Observatorio ALMA. La fabricación del plato de 12 metros de diámetro estuvo a cargo del consorcio europeo AEM (European AEM Consortium), y además representa la exitosa entrega de un total de 25 antenas europeas, el mayor contrato concedido por ESO hasta el momento.

 

La antena es la número 66 y la última en ser enviada al observatorio. Norteamérica ha proporcionado 25 antenas de 12 metros, mientras que Asia del Este ha entregado 16 (cuatro de 12 metros y doce de 7 metros). A fines de 2013, se espera que todas las antenas de radio de alta precisión, capaces de captar ondas milimétricas y submilimétricas, se encuentren en funcionamiento y operen de forma simultánea como un solo telescopio, en un conjunto que se extenderá hasta 16 kilómetros a través del llano de Chajnantor, ubicado en el desierto de Atacama en el norte chileno.

El Observatorio ALMA fue inaugurado por el presidente de Chile, Sebastián Piñera, en marzo de 2013 (eso1312). Este evento marcó la culminación de todos los sistemas principales del enorme telescopio y la transición formal de un proyecto en desarrollo a un observatorio completamente operativo.

Con esta última entrega, la fase de construcción de las antenas de ALMA llega ahora a su fin [1] y permite el uso para fines científicos de las 66 antenas, lo que supone el comienzo de una nueva era de descubrimientos astronómicos. 
 "Este es un importante hito para el Observatorio ALMA, ya que permite a los astrónomos de Europa y otros lugares utilizar el telescopio ALMA de forma absoluta, con toda su sensibilidad  y su área total de recolección de luz", comenta Wolfgang Wild, Gerente del Proyecto ALMA para Europa.

Asimismo, el envío de la última antena europea refleja además el cumplimiento del mayor contrato concedido por ESO hasta el momento. El contrato con el consorcio AEM [2] comprendía el diseño, fabricación, transporte e integración de las 25 antenas en el sitio.

ALMA ayuda a los astrónomos a responder  preguntas trascendentales acerca de nuestros orígenes cósmicos. El telescopio observa el Universo usando luz con longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, ubicadas entre la luz infrarroja y las ondas de radio en el espectro electromagnético. La luz a estas longitudes de onda proviene de algunos de los objetos más fríos y distantes del cosmos. Entre estos se encuentran las frías nubes de gas y polvo en donde nacen nuevas estrellas y las galaxias remotas ubicadas en los confines del universo observable.

El Universo es un lugar prácticamente inexplorado en estas longitudes submilimétricas, ya que los telescopios requieren condiciones atmosféricas con niveles extremadamente bajos de humedad, como las que entrega el llano de Chajnantor, además de enormes antenas y avanzadas tecnologías de detección. Incluso antes de su finalización, ALMA ya ha sido empleado en una gran cantidad de proyectos científicos y ha demostrado un enorme potencial con la publicación de numerosos e interesantes resultados (ver eso1336, eso1334, eso1333, eso1331, eso1325, eso1318, eso1313 y eso1234).

Notas

[1] ESO es también responsable de la construcción de la Residencia donde se alojará el personal visitante.
[2] El consorcio AEM está compuesto por Thales Alenia Space, European Industrial Engineering, y MT-Mechatronics.

Obtenido de eso.org

El análisis del suelo de Marte revela una sorprendente cantidad de agua

LOS ANGELES (Reuters) - Varios análisis del suelo marciano realizados por el robot de la NASA Curiosity han revelado una sorprendente cantidad de agua, así como sustancias químicas que complicarán la búsqueda de indicios de vida, dijeron los científicos el jueves.

Una bola de arena fina recogida por el robot con ruedas poco después de aterrizar en Marte en agosto de 2012 indicó que el suelo contiene alrededor de un 2 por ciento de agua por peso.

"Fue una sorpresa para nosotros", dijo la científica del Curiosity Laurie Leshin, del Rensselaer Polytechnic Institute.

"Si tomas una pie cúbico (28,317 litros) de suelo puedes sacar básicamente dos pintas de agua (casi un litro). El suelo en la superficie es realmente un poco como una esponja que aspira cosas de fuera de la atmósfera".

Varios científicos anunciaron la semana pasada que hasta el momento la atmósfera del planeta rojo no muestra signos de metano, un gas que en la Tierra está muy ligado a la vida. Se habían detectado columnas de metano en la última década por los orbitadores de Marte y los telescopios terrestres.

El metano, que debería durar unos 200 años por la fotoquímica de Marte, también puede ser producido por acontecimientos geológicos.

El agua fue hallada al calentar un poco de suelo a 1.535 grados Fahrenheit (835 grados centígrados) dentro del laboratorio químico del Curiosity y del análisis de las emisiones de gas resultantes.

Los científicos han encontrado que, además de agua, dióxido de azufre, dióxido de carbono y otros materiales, la arena de Marte también contiene sustancias químicas reactivas conocidas como percloratos.

La ahora desaparecida nave Phoenix de la NASA había hallado perclorato en la región polar norte del planeta, pero los científicos no sabían hasta el análisis del Curiosity que la sustancias químicas estaban aparentemente tan extendidas.

"Parece que se acumulan en la superficie (de Marte) casi como la nieve", dijo el principal investigador del Curiosity, John Grotzinger, del Instituto de Tecnología de California.

Es importante saber esto porque buscar material orgánico en Marte puede ahora exigir un nuevo enfoque.

"La técnica de prueba y verdad en la Tierra consiste en calentar la muestra y estudiar los gases que produce", dijo Grotzinger a Reuters.

Sin embargo, el calor puede causar que se rompa el perclorato, en el proceso de degradación de los compuestos orgánicos que buscan los científicos", explicó.
"Nosotros como comunidad vamos a tener que luchar con la comprensión del comportamiento del perclorato", añadió.

La presencia del perclorato en muestras de suelo podría explicar por qué los científicos han tenido hasta ahora dificultad para encontrar material orgánico en Marte. Incluso aunque la vida nunca llegara a evolucionar allí, el planeta debe tener depósitos de carbono orgánico que dejan los asteroides y meteoros que caen allí, creen los científicos.

Los resultados de los primeros 100 días del Curiosity en Marte, publicados esta semana en la revista Science, también revelaron la presencia de una roca con una historia química mucho más complicada de lo que esperaban los científicos encontrar en Marte.

El Curiosity continúa con su misión de búsqueda de hábitats que podrían haber facilitado la vida de microorganismos en un tiempo lejano. Ya ha encontrado un lugar adecuado dentro de un antiguo bloque de roca cerca del cráter Gale, donde aterrizó.

Obtenido de yahoo.com