Estudiando una galaxia activa

No hace mucho tiempo, los astrónomos cartografiaron una galaxia muy, muy lejana usando ondas de radio y descubrieron que tiene una forma sorprendentemente familiar. En el proceso, descubrieron que el objeto, llamado TXS 0128+554, experimentó dos poderosos ataques de actividad en el último siglo.

Hace unos cinco años, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA informó que TXS 0128+554 (TXS 0128 para abreviar) es una tenue fuente de rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. Desde entonces, los científicos han mirado más de cerca usando el Very Long Baseline Array (VLBA) y el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA.

"Después del anuncio del Fermi, nos acercamos un millón de veces más a la galaxia usando las antenas de radio del VLBA y trazamos su forma a lo largo del tiempo", dijo Matthew Lister, un profesor de física y astronomía de la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana. "La primera vez que vi los resultados, inmediatamente pensé que se parecía a la nave de combate TIE de Darth Vader de 'La Guerra de las Galaxias: Una nueva esperanza'. Fue una sorpresa divertida, pero su aparición en diferentes frecuencias de radio también nos ayudó a aprender más sobre cómo las galaxias activas pueden cambiar dramáticamente en escalas de tiempo de una década".

Un documento que describe los hallazgos, dirigido por Lister, se publicó en la revista Astrophysical Journal.

TXS 0128 se encuentra a 500 millones de años-luz de distancia en la constelación de Casiopea, gobernada por un agujero negro supermasivo de alrededor de 1.000 millones de veces la masa del Sol. Está clasificada como una galaxia activa, lo que significa que todas sus estrellas juntas no pueden explicar la cantidad de luz que emite.

La energía extra de una galaxia activa incluye un exceso de radio, rayos X y luz de rayos gamma. Los científicos creen que esta emisión surge de regiones cercanas a su agujero negro central, donde se acumula un disco arremolinado de gas y polvo que se calienta debido a las fuerzas gravitatorias y de fricción.

Esta imagen muestra la TXS 0128 a 15,4 gigahercios como se observa en el Very Long Baseline Array (VLBA), una red de antenas de radio de alcance mundial. Los colores corresponden a la intensidad de la señal de radio, desde baja (púrpura) hasta alta (amarillo). (Foto: NRAO)

Alrededor de una décima parte de las galaxias activas producen un par de chorros, haces de partículas de alta energía que viajan a casi la velocidad de la luz en direcciones opuestas. Los astrofísicos creen que estos chorros producen rayos gamma. En algunos casos, las colisiones con el tenue gas intergaláctico acaban desacelerando y deteniendo el movimiento hacia afuera de las partículas de los chorros, y el material comienza a fluir de vuelta hacia el centro de la galaxia. Esto resulta en amplias regiones, o lóbulos, llenos de partículas de movimiento rápido que giran alrededor de los campos magnéticos. Las interacciones de las partículas crean brillantes emisiones de radio.

La misión Fermi ha identificado más de 3.000 galaxias activas usando su Telescopio de Gran Área, que examina todo el cielo cada tres horas. Casi todas están alineadas de manera que un chorro apunta casi directamente a la Tierra, lo que aumenta sus señales. La TXS 0128, sin embargo, es unas 100.000 veces menos potente que la mayoría de ellas. De hecho, aunque está relativamente cerca, Fermi necesitó acumular cinco años de datos de la galaxia antes de reportarla como fuente de rayos gamma en 2015.

Los investigadores añadieron entonces la galaxia a un estudio de larga duración realizado por el VLBA, una red de antenas de radio operada por el Observatorio Nacional de Radioastronomía que se extiende desde Hawái hasta las Islas Vírgenes.

Las mediciones del conjunto proporcionan un mapa detallado de TXS 0128 en diferentes frecuencias de radio. La estructura de radio que revelaron se extiende a lo largo de 35 años luz y se inclina unos 50 grados fuera de nuestra línea de visión. Este ángulo significa que los chorros no apuntan directamente a nosotros y puede explicar por qué la galaxia es tan débil en rayos gamma.

La forma aparente de la galaxia depende de la radiofrecuencia utilizada. A 2,3 gigahercios (GHz), unas 21 veces mayor que la máxima frecuencia de emisión de la radio FM, parece una mancha amorfa. La forma del caza TIE emerge a 6,6 GHz. Luego, a 15,4 GHz, aparece un claro hueco en la emisión de radio entre el núcleo de la galaxia y sus lóbulos.

El equipo de Lister sospecha que una pausa en la actividad del TXS 0128 creó este hueco. Los chorros de la galaxia parecen haber comenzado hace unos 90 años, como se observa desde la Tierra, y luego se detuvieron unos 50 años después, dejando atrás los lóbulos inconexos. Luego, hace aproximadamente una década, los chorros se encendieron de nuevo, produciendo la emisión vista más cerca del núcleo. Lo que causó el repentino inicio de estos períodos activos sigue sin estar claro.

La emisión de radio también arroja luz sobre la ubicación de la señal de rayos gamma de la galaxia. Muchos teóricos predijeron que las galaxias jóvenes y radio-brillantes producen rayos gamma cuando sus chorros chocan con el gas intergaláctico. Pero en el caso de TXS 0128, al menos, las partículas en los lóbulos no producen suficiente energía combinada para generar los rayos gamma detectados. En su lugar, el equipo de Lister piensa que los chorros de la galaxia producen rayos gamma más cerca del núcleo, como la mayoría de las galaxias activas que ve Fermi.

El equipo observó la galaxia en rayos X usando el telescopio Chandra, buscando evidencias de un capullo envolvente de gas ionizado. Aunque sus mediciones no pudieron confirmar la presencia o ausencia de un capullo, ha habido pruebas de tales estructuras en otras galaxias activas, como Cygnus A. Las observaciones indican que la galaxia tiene una gran cantidad de polvo y gas rodeando su núcleo, lo que concuerda con un ángulo de visión muy inclinado. (Fuente: NCYT Amazings)