Estructura Resuelta de un Núcleo Galáctico Activo

Los núcleos galácticos albergan agujeros negros supermasivos y algunos de ellos son tan brillantes que la región central puede ser más luminosa que el resto de la galaxia. Estos núcleos se denominan núcleos galácticos activos (AGN). Gran parte de la energía emitida por los AGNs es de emisiones no térmicas que son emisiones sincrotrón, dispersión Compton o emisión estimulada. La luz o la fuente emisora de energía da pistas sobre el mecanismo energético.

Los entornos inmediatos de estos agujeros negros suelen incluir un toroide de polvo y gas y, a medida que el material cae hacia el agujero negro, el gas irradia copiosamente en todas las longitudes de onda. Aunque los modelos de estos núcleos galácticos activos funcionan razonablemente bien, es difícil obtener pruebas directas de las estructuras internas de los AGN porque están muy lejos y se cree que sus dimensiones son sólo de decenas a cientos de años luz.

Radiación no térmica (a) Las partículas cargadas, especialmente los electrones rápidos (rojo), emiten radiación sincrotrón (azul) mientras se mueven en espiral a lo largo de las líneas de campo magnético (líneas negras). Este proceso es predominante en las galaxias activas. (b) Variación de la intensidad de la radiación térmica y sincrotrón (no térmica) con la frecuencia. La radiación térmica, descrita por una curva de cuerpo negro, tiene un pico en una frecuencia que depende de la temperatura de la fuente. En cambio, la radiación sincrotrón no térmica es más intensa a bajas frecuencias. Es independiente de la temperatura del objeto emisor.

El astrónomo David Wilner y sus colegas utilizaron la instalación del telescopio milimétrico ALMA para estudiar el AGN más cercano, Arp 220, que se cree que es particularmente activo tras haber sufrido recientemente una fusión con otra galaxia. El núcleo ha estado formando activamente estrellas en el disco nuclear, alimentando un AGN luminoso o un brote estelar excepcionalmente intenso en el centro, y expulsando polvo y gas al mismo tiempo. El núcleo se encuentra sin duda en una fase de rápida evolución.

La galaxia local Arp 220, captada por el telescopio espacial Hubble, es una buena candidata para estudiar los núcleos galácticos. El núcleo brillante de la galaxia, junto con una impresión artística superpuesta de los chorros o jets que emanan de ella, indican que la actividad del agujero negro central se está intensificando.

Los dos núcleos en fusión están separados por unos 1200 años-luz y cada uno tiene un disco giratorio de gas molecular de unos cientos de años-luz de escala. En la región se observa una vigorosa formación estelar, así como al menos un flujo molecular que se deduce de las grandes velocidades observadas. Pero hay numerosas cuestiones estructurales sin resolver sobre estas regiones interiores, incluyendo cómo fluye el gas hacia, desde y entre los dos núcleos de fusión y precisamente qué subregiones son responsables de las fuentes de luminosidad dominantes.

El equipo analizó los datos de alta resolución de ALMA de Arp 220 en longitudes de onda de ∼3 mm. Resolvieron espacialmente la estructura de continuidad de los núcleos individuales y descompusieron los núcleos en emisión de plasma y polvo para caracterizar la fuente de luminosidad en el núcleo occidental. Los astrónomos utilizaron estas observaciones milimétricas de alta resolución para abordar estas cuestiones porque el polvo grueso, que bloquea gran parte de la vista en longitudes de onda más cortas, es relativamente transparente en estas bandas. Informan que cada núcleo tiene dos componentes concéntricos, los más grandes probablemente asociados a discos estelares activados de algún modo por los agujeros negros; los más pequeños, de unos 60 años luz de tamaño, contribuyen hasta el 50% de la luminosidad submilimétrica, casi el doble de las estimaciones anteriores. De hecho, uno de los núcleos por sí solo tiene una luminosidad de unos tres billones de soles, mayor que toda la emisión de otros AGN, por no hablar del volumen relativamente pequeño que la está produciendo.

Mapa del núcleo galáctico de Arp 220 que muestra una característica bipolar.

Los núcleos de Arp 220 también parecen tener una tercera característica lineal extendida que podría representar el flujo de salida visto antes sólo en los datos espectroscópicos (de velocidad). Un núcleo galáctico activo luminoso es una fuente de energía plausible para estos altos valores, mientras que otras explicaciones quedan por explorar. La imagen de continuidad también revela un tercer componente estructural del núcleo occidental: un par de débiles espolones perpendiculares al eje mayor del disco. Podría atribuirse a un flujo de salida bipolar procedente del disco nuclear occidental altamente inclinado.

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