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Astrónomas UV descubren la primera galaxia que ha cambiado su clasificación debido a inusual actividad en el núcleo activo de su agujero negro

No tiene un nombre muy atractivo y para nada especial, pero sin duda la galaxia PBC J2333.9-2343 tiene características especiales que nos permiten entender mejor cómo funcionan las dinámicas dentro de estos importantes objetos estelares. Particularidades que han hecho que sea el objeto de estudio por años de la astrónoma Lorena Hernández, investigadora del Instituto Milenio de Astrofísica MAS en Chile y de su colega Francesca Panessa, del Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (IAPS-INAF) de Italia.

“Empezamos a estudiar esta galaxia porque mostraba propiedades peculiares en diferentes frecuencias o energías. Nuestra hipótesis era que el chorro relativista de su agujero negro había cambiado de dirección, pero para corroborar esa idea, debíamos realizar diferentes observaciones. Propusimos un programa de seguimiento en diferentes rangos de energía de esta galaxia, ya que los cambios que podemos observar en ella nos dan información sobre la naturaleza de las regiones que la emiten, y nos permiten entender con mejor detalle los procesos físicos que tienen lugar”, explica Lorena, quien es parte del bróker astronómico ALeRCE (Automatic learning for the rapid classification of event).

Con este trabajo, que acaba de ser publicado en la prestigiosa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, descubrieron que lo que se produjo en PBC J2333.9-2343 fue que el chorro de partículas originado en las proximidades de su agujero supermasivo, conocido como jet y que se observa como una estructura cónica lanzada a gran distancia por los agujeros negros, al ser acelerado a velocidades relativistas cambió su dirección de forma drástica, pasando de estar en el plano del cielo, a estar alineado a nuestra línea visión, apuntando hacia nosotros, lo que es primera vez que se observa. “Un jet está compuesto por partículas elementales como electrones y protones que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. Estas partículas se mueven de forma circular alrededor de un fuerte campo magnético, provocando la emisión de radiación a través de todo el espectro electromagnético. Cuando apunta en nuestra dirección, la emisión del éste es fuertemente amplificada, pudiendo fácilmente superar la del resto de la galaxia, lo que puede derivar en un comportamiento con “flares” o llamaradas de gran intensidad. Eso cambia la categorización de esa galaxia”, explica.

Según la astrónoma, cuando los dos jets apuntan en dirección al plano del cielo, se le conoce como radio galaxia, mientras que cuando uno de estos apunta hacia nosotros, como es el caso de PBC J2333.9-2343, el núcleo activo de esa galaxia es denominado blázar, fenómenos astronómicos que son gran fuente de energía y uno de los más intensos estudiados en el universo.

Y aunque cambios en la dirección de los jets, se han descrito anteriormente, como en el caso de las radio galaxias en forma de X, esta es la primera vez que se observa esta morfología, la que no nos da pistas respecto a jets o chorros en diferentes direcciones. “Ello no significa que no existan otros casos, pero son difíciles de identificar. Ahora que conocemos lo que sucedió en PBC J2333.9-2343, es más fácil pensar en formas de buscar otros similares. Lo que podemos decir de este caso particular es que se trata de una galaxia que se sale de la norma de lo que conocemos, ya que su núcleo activo no encaja en los conceptos generales que hemos descubierto. Estudiar este tipo de galaxias que no siguen las reglas comunes nos puede dar mucha información sobre cómo evolucionan, nos puede abrir la mente a nuevos descubrimientos sobre lo que ocurre en lo más profundo de las galaxias”.

Observando en distintas frecuencias

El programa de observación con que las astrónomas lograron llegar a estas conclusiones se basó en datos que se obtuvieron con estudios de radiofrecuencias obtenidas con el Radiotelescopio de Effelsberg (Max Planck Institute for Radio Astronomy en Alemania); el instrumento SMARTS-1.3m, de la Universidad de Yale, con el que se observó en un mismo momento en el óptico y en el infrarrojo; y para observaciones en rayos X y en ultravioleta de forma simultánea se utilizaron datos obtenidos por Neil Gehrels Swift Observatory (Universidad de Penn State). Además de estos análisis, las científicas compararon propiedades de variación de PBC J2333.9-2343 con muestras grandes de galaxias con y sin jet que se lograron con el proyecto ALeRCE en Chile con datos del Zwicky Transient Facility (ZTF) y el proyecto ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System). “Con los datos del seguimiento pudimos estudiar los cambios que se producen en la galaxia con el tiempo, y vimos que variaba en todas las energías en las que la observamos, desde las frecuencias de radio hasta los rayos gamma”, explica Lorena Hernández, quien también es investigadora en la Universidad de Valparaíso .

Además de todo ello, incluyeron datos públicos que se obtienen de otros instrumentos: “Aunque estos no sirven para estudiar variabilidad, sí sirven para otros aspectos del análisis”. Se trata de datos del Fermi Large Area Telescope (rayos gamma), Very Long Baseline Array (radiofrecuencia a 15 y 24 GHz), Very Large Array Sky Survey (radiofrecuencia a 3 GHz) y el Rapid ASKAP Continuum Survey (radiofrecuencia a 0.88 GHz).

Con esta información, las expertas concluyeron que esta galaxia posee un núcleo activo brillante en el centro, con dos lóbulos que son las partes más externas del jet. “Lo interesante de este tipo de galaxias es que, para que la materia sea capaz de trasladarse desde el núcleo hasta esos lóbulos, ha debido pasar mucho tiempo, que puede ser del orden de cien millones de años. Durante ese tiempo, han podido ocurrir muchas cosas en la galaxia, entre ellas la actividad nuclear pudo haber cesado y vuelto a activarse tras un tiempo de inactividad, o pudo haber un choque con otra galaxia o algún objeto relativamente grande que hizo que esos jets cambiasen su dirección. No sabemos qué es lo que sucedió en este caso, porque ocurrió hace mucho tiempo atrás, pero podemos estar seguras de que algún evento violento ocurrió”, asegura Hernández.

Concluye que otros resultados de la investigación son por ejemplo que los lóbulos no están siendo alimentados por el núcleo, “lo que nuevamente nos indica que ahora el núcleo está alimentando a este blázar”. Añade: “el hecho de que veamos que la emisión de los lóbulos ya no está siendo alimentada desde el núcleo nos indica que se trata de emisión muy vieja que aún no se extingue, es decir, es la reliquia de actividad pasada, mientras que las estructuras ubicadas más cerca del núcleo representan jets más jóvenes y activos”.“Lo más difícil de esta investigación fue demostrar que el jet actual, que se ve como un punto brillante, es efectivamente un jet dirigido directamente hacia nosotros. Esto se demostró de dos maneras: comparando lo que sabemos de la variabilidad del brillo de los jets de otras galaxias similares (por ejemplo cuánto varían en distintas escalas de tiempo y cuánto retraso hay entre variaciones en un color de luz y en otro) y utilizando modelos teóricos de cuanta luz emite un jet visto en estas condiciones, en luz de todo el espectro electromagnético observable, es decir, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.” afirma la investigadora del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso, Patricia Arévalo, quien también fue parte del estudio.

En esta investigación participaron también los astrónomos del MAS Francisco Förster, Franz Bauer, Alejandra Muñoz y Paula Sánchez, y es una colaboración con investigadores e investigadoras además de Chile e Italia, también de México, Suiza y Alemania.

 

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