Descubren chorros relativistas que producen burbujas en una galaxia

Una galaxia que contiene un núcleo galáctico activo (AGN, por sus siglas en inglés) es aquella en la que hay materia cayendo hacia el agujero negro supermasivo de su centro, liberando enormes cantidades de energía. Algunos AGNs emiten parte de esta energía en forma de chorros o jets detectables en longitudes de onda de radio (radiojets) que viajan a velocidades relativistas (cercanas a la de la luz y a las que, por tanto, se manifiestan ya efectos detectables sobre el espacio-tiempo). Cuando la eyección se propaga por la galaxia, choca con las nubes y el gas circundante y, en algunos casos, empuja este material que es expulsado en forma de vientos. Sin embargo, el conocimiento sobre las condiciones que favorecen la emanación de vientos en las galaxias ha sido escaso.

El efecto de los chorros sobre las estrellas, el polvo y el gas que contienen las galaxias desempeña un papel relevante en la evolución de estas en el universo. Los radiojets más potentes, alojados en galaxias activas radiointensas, pueden cambiar drásticamente el destino de las galaxias, ya que, al calentar el gas, impiden la formación de nuevas estrellas y detienen el crecimiento galáctico. Las simulaciones por ordenador predicen que los chorros relativistas que irrumpen en una galaxia con forma de disco alteran la distribución del gas, dispersándolo en burbujas a medida que se extienden por la galaxia. Uno de los elementos clave para que estas eyecciones sean eficaces en la emisión de vientos es el ángulo entre el disco gaseoso y la propagación del jet. Sorprendentemente, los chorros menos potentes, como los de las denominadas galaxias radiosilenciosas, son capaces de producir más cambios en el medio circundante que los muy potentes.

Un equipo científico internacional, liderado por Anelise Audibert, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), descubrió un caso perfecto para estudiar la interacción de un radiojet con el gas frío que rodea un cuásar masivo: la galaxia Taza de té. Se trata de un cuásar radiosilencioso situado a 1.300 millones de años-luz y cuyo apodo proviene de las burbujas en expansión que se observan en luz visible y en radio, una de las cuales forma una protuberancia que se asemeja al asa de una taza de té. Además, la región central (con un tamaño de unos 3.300 años-luz) alberga un radiojet compacto y joven que presenta una pequeña inclinación con respecto al disco de la galaxia.

Efectos en la formación estelar

Mediante observaciones realizadas en el desierto chileno con el observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), el equipo logró captar la presencia de gas denso y frío en la parte central de la galaxia Taza de Té. En particular, los astrónomos detectaron la emisión de moléculas de monóxido de carbono que solo pueden existir en ciertas condiciones de densidad y temperatura. Basándose en estas observaciones, el equipo descubrió que el chorro compacto, a pesar de ser de baja potencia, no solo está perturbando claramente la distribución del gas y calentándolo, sino que también lo acelera de una forma inusual.

El equipo esperaba detectar estas condiciones extremas en las regiones impactadas a lo largo del chorro, pero, cuando analizaron las observaciones, descubrieron que este gas es turbulento y más caliente en la dirección perpendicular a la de propagación del jet. "Esto se debe a la interacción de la burbuja producida por el chorro con el gas que tiene alrededor, al que calienta y dispersa a medida que se expande lateralmente", explica Audibert. “Apoyándonos en la comparación con las simulaciones por ordenador, creemos que la orientación entre el disco frío y el chorro es un factor crucial para impulsar eficazmente estos vientos laterales", añade.

Un radiojet compacto en el centro de la galaxia Taza de Té produce un viento turbulento lateral en el gas frío, tal y como predicen las simulaciones. (Imágenes: HST / ALMA / VLA / M. Meenakshi / D. Mukherjee / A. Audibert. CC BY)

"Antes se creía que los chorros de baja potencia tenían un impacto insignificante en la galaxia, pero trabajos como el nuestro muestran que, incluso en el caso de las galaxias radiosilenciosas, el chorro está redistribuyendo y perturbando el gas que tiene alrededor, lo cual tendrá asociado un impacto en la capacidad de la galaxia para formar nuevas estrellas", afirma Cristina Ramos Almeida, investigadora del IAC y coautora del estudio.

El siguiente paso es observar una muestra mayor de cuásares radiosilenciosos con MEGARA, un instrumento instalado en el Gran Telescopio CANARIAS (GTC). Las observaciones ayudarán a comprender el impacto de los chorros en el gas más tenue y caliente, y a medir los cambios en la formación estelar provocados por los vientos. Este es uno de los objetivos del proyecto QSOFEED, desarrollado por un equipo científico internacional liderado por Cristina Ramos Almeida y dedicado a investigar cómo los vientos de los agujeros negros supermasivos afectan a las galaxias que los albergan.

El estudio se titula “Jet-induced molecular gas excitation and turbulence in the Teacup”. Y se ha publicado en la revista académica Astronomy and Astrophysics. (Fuente: IAC)