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Mirando directamente a un núcleo polvoriento en la galaxia para examinar un vacío negro supermasivo y enérgico, ¿es tan grande?

De la NASA

17 de marzo de 2021

Los investigadores que utilizan el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA mapearán y modelarán el núcleo de una galaxia cercana, Centaurus A.

Centaurus A es una galaxia gigante, pero su aparición en las observaciones de telescopios puede ser engañosa. Cruzando la región central, los corredores de polvo oscuro y los cúmulos de estrellas azules jóvenes son visibles en luz ultravioleta, visible e infrarroja cercana, creando un paisaje bastante tranquilo. Pero al cambiar a paisajes de rayos X y luz de radio, comienza a surgir una escena más ruidosa: desde el núcleo de la galaxia elíptica distorsionada, asombrosos chorros de material erupcionaron de su enérgico agujero negro supermasivo, conocido como el núcleo galáctico activo, enviando material a espacio más allá de los límites de la galaxia.

Centaurus A contiene un disco central distorsionado de gas y polvo, que es evidencia de colisiones anteriores y de fusión con otra galaxia. También tiene un AGN que emite chorros periódicos. Es la quinta galaxia más brillante del cielo y se encuentra a unos 13 millones de años luz de la Tierra, lo que la convierte en un objetivo ideal para estudiar el núcleo de una galaxia activa, un agujero negro supermasivo que emite chorros y vientos, con el telescopio espacial James Webb de la NASA. Créditos: Rayos X: NASA / CXC / SAO; Óptica: Rolf Olsen; Infrarrojos: NASA / JPL-Caltech; Radio: NRAO / AUI / NSF / Univ.Hertfordshire / M. Hardcastle

¿Qué está sucediendo exactamente en su núcleo que causa toda esta actividad? Las próximas observaciones dirigidas por Nora Lutzgendorf y Macarena García Marine de la Agencia Espacial Europea utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA permitirán a los investigadores navegar por su núcleo polvoriento en alta resolución por primera vez para comenzar a responder estas preguntas.

“Están sucediendo muchas cosas en Centaurus A”, explica Lützgendorf. El gas, el disco y las estrellas de la galaxia se mueven bajo la influencia de su agujero negro supermasivo central. Dado que la galaxia está tan cerca de nosotros, podremos usar Webb para crear mapas 2D para ver cómo se mueven el gas y las estrellas en su región central, cómo se ven afectados por los chorros de su AGN y, en última instancia, una mejor caracterización de la masa. de su agujero negro “.

El núcleo de Dusty Centaurus A es visible en luz visible, pero sus chorros se ven mejor en rayos X y luz de radio.El núcleo de Dusty Centaurus A es visible en luz visible, pero sus chorros se ven mejor en rayos X y luz de radio.

El núcleo de Dusty Centaurus A es visible en luz visible, pero sus chorros se ven mejor en rayos X y luz de radio. Con las observaciones del Telescopio Espacial James Webb de la NASA en luz infrarroja, los investigadores esperan determinar mejor la masa del agujero negro supermasivo central de la galaxia, así como las pistas de dónde salen los chorros. ; Óptica: Rolf Olsen; Infrarrojos: NASA / JPL-Caltech; Radio: NRAO / AUI / NSF / Univ.Hertfordshire / M. Hardcastle

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Una mirada rápida hacia atrás

Presionemos “Retorno” para revisar un poco de lo que ya se sabe sobre Centaurus A. Está bien pensado porque está relativamente cerca, a unos 13 millones de años luz de distancia, lo que significa que claramente podemos resolver toda la galaxia. Su primer registro se registró a mediados del siglo XIX, pero los astrónomos perdieron el interés hasta la década de 1950 porque la galaxia parecía ser una galaxia elíptica tranquila, aunque distorsionada. Una vez que los investigadores pudieron comenzar a observar con radiotelescopios en las décadas de 1940 y 1950, Centaurus A se volvió radicalmente más interesante y aparecieron sus chorros. En 1954, los investigadores encontraron que Centaurus A era el resultado de la fusión de dos galaxias, que luego se estimó que ocurrió hace 100 millones de años.

Con más observaciones a principios de la década de 2000, los investigadores han estimado que hace unos 10 millones de años, su AGC lanzó chorros dobles en direcciones opuestas. Cuando se examina a través del espectro electromagnético, desde los rayos X hasta la luz de radio, es evidente que aún queda mucho por aprender de esta historia.

Los estudios de las múltiples longitudes de onda de cualquier galaxia son similares a las capas de cebolla. “Cada longitud de onda te muestra algo diferente”, dijo Marin. “Al utilizar las herramientas de infrarrojo cercano y medio de Webb, veremos gas y polvo mucho más fríos que en observaciones anteriores, y aprenderemos más sobre el medio ambiente en el centro galáctico”.

Los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de las galaxias, son voraces. Los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de las galaxias, son voraces.

Los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de las galaxias, son voraces. Periódicamente, “sorben” o “tragan” los discos de remolino de gas y polvo que los orbitan, lo que podría conducir a salidas masivas que afectan la formación de estrellas tanto localmente como más allá. Cuando el telescopio espacial James Webb de la NASA comience a monitorear los núcleos de las galaxias, sus instrumentos infrarrojos penetrarán el polvo para proporcionar imágenes y datos de increíble alta resolución que permitan a los investigadores aprender con precisión cómo se desencadena uno de los otros procesos y cómo crear un bucle de retroalimentación masivo. Créditos: NASA y ESA y L. Hustak (STScI).

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Visualizar datos web

El equipo dirigido por Lützgendorf y Marín Centaurus A monitoreará no solo capturando imágenes con Webb, sino recolectando datos conocidos como espectros, que difunden la luz en longitudes de onda de componentes como un arco iris. Los espectros de Webb revelarán información de alta resolución sobre las temperaturas, velocidades y composiciones de los materiales en el centro de la galaxia.

En particular, el espectrómetro de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec and Mid-Infrared Instrument (MIRI)) proporcionará al equipo de investigación un conjunto de datos: una imagen más un espectro de cada píxel de esa imagen. Esto permitirá a los investigadores construir complejos Mapas en 2D Los espectros les ayudarán a determinar lo que está sucediendo detrás del velo de polvo en el centro y analizarlo desde muchos ángulos en profundidad.

Compare esta técnica de modelado con el análisis de jardines. De la misma manera que los botánicos clasifican las plantas en función de conjuntos específicos de características, estos investigadores clasificarán los espectros del MIRI de Webb para construir “jardines” o modelos. Marin explicó: “Si tomaras una instantánea de un jardín desde la distancia, verías algo verde, pero con Webb, podríamos ver el follaje y las flores individuales, sus tallos y posiblemente la tierra debajo”.

A medida que el equipo de investigación excava los espectros, construirán mapas de partes individuales del parque y compararán un espectro con otro cercano. Esto es análogo a identificar qué partes de las especies de plantas se basan en comparaciones de “tallos”, “hojas” y “flores” a medida que se mueven.

“Cuando se trata de espectroscopía, hacemos muchas comparaciones”, continuó Marin. “Si compara dos espectros en esta región, podría encontrar que lo que se observa contiene un grupo prominente de estrellas jóvenes. O verifique áreas polvorientas y calientes. O tal vez determinemos las emisiones provenientes del núcleo activo de la galaxia”.

En otras palabras, el ‘ecosistema’ del espectro contiene muchos niveles, lo que permitirá al equipo identificar y localizar mejor lo que hay allí, gracias a las herramientas web que se especializan en infrarrojos. Y dado que estos estudios se basarán en muchos estudios previos, los investigadores podrán confirmar, refinar o abrir nuevos horizontes identificando nuevas características.

Observe cómo los chorros y vientos de un agujero negro supermasivo afectan a la galaxia anfitriona y al espacio a cientos de miles de años luz de distancia durante millones de años.Créditos: NASA, Agencia Espacial Europea y L. STScI

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El peso del agujero negro en el centauro a

El conjunto de imágenes y espectros proporcionados por NIRSpec y MIRI permitirá al equipo crear mapas de velocidades de gas y estrellas de muy alta resolución en Centaurus A. “Planeamos usar estos mapas para modelar cómo todo el disco se mueve en el centro de la galaxia. para determinar con mayor precisión la masa del agujero negro ”, explica Lutzgendorf.

A medida que los investigadores comprendan cómo la gravedad de un agujero negro controla la circulación de gas cercano, pueden usar los datos de Webb para pesar el agujero negro en Centaurus A. Con un conjunto más completo de datos infrarrojos, también determinarán si las diferentes partes del gas son todas comportarse como se esperaba. “Espero poder completar nuestros datos por completo”, dijo Lutzgendorf. “Espero ver cómo se comporta y gira el gas ionizante, y dónde vemos los aviones”.

Los investigadores también esperan abrir nuevos caminos. “Es posible que encontremos cosas en las que ni siquiera hemos pensado todavía”, explica Lützgendorf. “En algunos aspectos, cubriremos áreas completamente nuevas con Webb”. Marin está totalmente de acuerdo y agrega que aprovechar la riqueza de los datos existentes es invaluable. “Los aspectos más interesantes de estas observaciones son el potencial de nuevos descubrimientos”, dijo. “Creo que podríamos encontrar algo que nos haga mirar hacia atrás a los otros datos y reinterpretar lo que vimos antes”.

Estos estudios de Centaurus A se realizarán como parte de los programas conjuntos MIRI y NIRSpec de Gillian Wright y Pierre Verwitt. Todos los datos de Webb finalmente se almacenarán en el Archivo del Telescopio Espacial Barbara A. Mikulski (MAST) en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore.

El telescopio espacial James Webb será el primer observatorio de ciencia espacial del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, verá más allá de eso a mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro colocar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

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