Observan una superburbuja en una galaxia interactiva

Imagen multibanda de la pareja en interacción Arp 70 obtenida del archivo de SDSS. A la izquierda, Arp 70b, la galaxia estudiada en esta investigación. Crédito: SDSS.

Una investigación liderada por Artemi Camps, quien la inició durante el periodo de su doctorado en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna, y que ahora trabaja en el Instituto de Astronomía de la UNAM (México), ha descubierto una burbuja en expansión en el disco de una galaxia. Con un diámetro de 15.000 años luz, se trata de la burbuja de su tipo más grande observada en cualquier galaxia. El estudio se ha publicado recientemente en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

 

IAC / Una galaxia como la Vía Láctea se compone de centenares de miles de millones de estrellas con una mezcla de gas y polvo interestelar, todo supuestamente ligado por un halo masivo de materia oscura que la rodea. Pero las galaxias no son objetos aislados y las más grandes, como la propia Vía Láctea, han crecido por ingerir otras galaxias. Este proceso, en el cual galaxias vecinas interactúan y finalmente se fusionan, ha jugado un papel poderoso en la evolución del Universo.

Aunque estas interacciones y fusiones eran más comunes en el pasado, cuando las distancias entre las galaxias eran mucho menores, podemos estudiarlos en la época actual observando pares de galaxias en diferentes etapas de la interacción y la fusión. Sabemos que aún en las fases tempranas de la interacción, los campos gravitacionales perturbados pueden causar que el gas fluya, se comprima, y que las estrellas se formen a un ritmo acelerado. El gas puede fluir también hacia los centros de las galaxias, nutriendo los agujeros negros supermasivos, que son muy comunes en los núcleos galácticos.

La investigación citada se centró en la observación de una pareja de galaxias en interacción: Arp 70a y Arp 70b

La investigación citada se centró en la observación de una pareja de galaxias en interacción: Arp 70a y Arp 70b. Camps y su grupo estudiaron Arp 70b con el Interferómetro Fabry-Perot. Este instrumento puede obtener un mapa bidimensional completo de alta resolución de la velocidad dentro de una galaxia. Produce estos mapas midiendo la luz emitida por el hidrógeno ionizado que se encuentra en aquellas galaxias donde hay mucha formación estelar debido a que las estrellas jóvenes calientes ionizan el hidrógeno en el espacio alrededor de ellas. El hidrógeno ionizado se observa también en los alrededores de los agujeros negros supermasivos, que emiten energía en una gama amplia de longitudes de onda, incluyendo la radiación ultravioleta que ioniza el hidrógeno.

“Los estudios de mi tesis se dirigían a la exploración del gas en expansión alrededor de los cúmulos de estrellas jóvenes masivas y calientes en una variedad de galaxias”, explica Camps. Para hacerlo, el astrofísico desarrolló un programa de análisis llamado BUBBLY, que permite el uso de los mapas de velocidad del Fabry-Perot para descubrir y medir las burbujas de gas caliente cartografiando sus velocidades. Una burbuja se muestra como una característica zona circular con velocidades de expansión centrada en un cúmulo de estrellas calientes.

“Su expansión –aclara el investigador-  se debe a una combinación de los vientos potentes emitidos por esas estrellas mientras “viven”

“Su expansión –aclara el investigador-  se debe a una combinación de los vientos potentes emitidos por esas estrellas mientras “viven” y las explosiones que las supernovas emiten al morir. Midiendo las masas y las velocidades de las burbujas, podemos descubrir cuánta energía inyecta el cúmulo de estrellas en el gas circundante durante su vida”.

“Las galaxias en interacción suelen mostrar zonas de fuerte formación estelar – comenta John Beckman, investigador del IAC y coautor del artículo- y esto nos dio la motivación para investigar Arp 70b”. Cuando analizaron la burbuja enorme en la galaxia, encontraron también, alrededor del núcleo, una región en expansión con mucha más energía. Al estudiar la geometría de esa expansión, Camps demostró que este último flujo de energía no tiene forma de burbuja. Genera un flujo de salida en forma de cono centrado en el núcleo de Arp 70b y con una estructura doble: un cono emitido sobre el plano de la galaxia y otro simétricamente por debajo. La gran cantidad de energía que emite (equivalente a un millón de explosiones de supernovas) y su estructura, dieron la pista de que es un fenómeno asociado con un agujero negro supermasivo central, mostrando que Arp 70b tiene un AGN (núcleo galáctico activo) en su centro.

Los astrónomos están convencidos de que estos fenómenos energéticos se deben a la interacción gravitacional entre las galaxias Arp 70a y Arp 70b, pero todavía es un misterio por resolver

“Con el análisis espectral mostramos que es un AGN, aunque no de los tipos más potentes -declara Camps-, pero la burbuja en expansión en el disco de la galaxia es de alguna manera más notable. Tiene un diámetro de 15.000 años luz, y es la burbuja de su tipo más grande observada en cualquier galaxia”. Los astrónomos están convencidos de que estos fenómenos energéticos se deben a la interacción gravitacional entre las galaxias Arp 70a y Arp 70b, pero todavía es un misterio por resolver. Aunque los dos fenómenos están separados físicamente, y casi seguramente no forman parte de una estructura unificada, las observaciones permiten la posibilidad de un escenario alternativo: un fenómeno donde el flujo desde el núcleo es la causa directa de la superburbuja, ya que el flujo parece estar apuntado directamente hacia la burbuja. Si este efecto causal se confirmara sería un fenómeno de interés considerable, y merecedor de un estudio más profundo.

Referencia bibliográfica: 
A Camps-Fariña et al., “Arp 70: an interacting galaxy with extreme outflows”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 493, Issue 1, March 2020, Pages 1434–1446, https://doi.org/10.1093/mnras/staa347

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