26 de marzo de 2015

La nube que se acercó demasiado al agujero negro

Parece ser que los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias son algo normal, y nuestra galaxia no es menos: también lo tiene. Su masa viene siendo equivalente a unos cuatro millones de veces la del Sol, y junto a este monstruo estelar hay en órbita un pequeño grupo de estrellas brillantes cuya trayectoria ha sido ampliamente estudiada.

Además de este conjunto estelar, junto al agujero negro también se ha estudiado una enigmática nube de polvo conocida como G2, cuya trayectoria predecía que iba a acercarse "demasiado" a este devorador de materia. Su punto más cercano, o peribothron, tendría lugar en mayo de 2014.
Imagen 1: Trayectoria de la nube G2 tanto antes como después de pasar por las cercanías del agujero negro. Créditos: ESO/A. Eckart.

¿Destrozará la nube?

Al llegar a ese punto se esperaba que las fuerzas de marea destrozasen la nube yendo parte del material hacia el agujero negro provocando una combustión que desencadenaría una serie de eventos, señales inequívocas de que el agujero se estaba poniendo las botas. Varios telescopios de todo el mundo pusieron su mirada en esta región para observar este evento único, crónica anunciada de la muerte de la nube.

Un equipo liderado por Andreas Eckart, de la Universidad de Colonia (Alemania) observó la región durante años con el VLT (Very Large Telescope) de ESO. Y han sido observaciones muy complejas porque la región se esconde tras densas nubes de polvo, requiriendo observaciones en el infrarrojo. Además, la proximidad al agujero negro hacía necesario el uso de óptica adaptativa para conseguir imágenes precisas.
Imagen 2: Conjunto de estrellas que orbitan el agujero negro supermasivo de la galaxia. Créditos: ESO/S. Gillessen et al.

Mediante los instrumentos SINFONI (Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared) y NACO (Nasmyth Adaptive Optics System / Near-Infrared Imager and Spectrograph) hicieron posible estas observaciones. El equipo utilizó el instrumento SINFONI, instalado en el VLT, y también monitorizaron en luz polarizada el comportamiento de la región del agujero negro central utilizando el instrumento NACO, también en el VLT.

Sorpresa en la nube

Sorprendentemente las imágenes mostraron una nube compacta tanto antes como después del peribothron, y por tanto sobreviviendo contra todo pronóstico a su acercamiento al agujero negro.

Con SINFONI pudieron dividir la luz en colores dentro del infrarrojo permitiendo estimar la velocidad de la nube mediante el efecto Doppler ya que la nube se alejaba de nosotros antes de pivotar sobre el agujero negro para acercarse tras el paso por su máximo acercamiento, pasando su velocidad de 10 a 12 millones de Km/h.
Imagen 3: Mapas en banda Brγ. Los gráficos muestra una superficie cuadrada 1 segundo de arco de lado de la región del centro galáctico en la época Febrero-Abril de 2014. La cruz marca la posición de SgrA*. La línea verde corresponde a la órbita elíptica de la nube. Las líneas de contorno representan los miembros más brillantes del cúmulo de estrellas. Paneles superiores: desplazamiento al rojo en la línea del Brγ DSO. Izquierda: emisión integrada en el rango de 120 Å en torno a 2,185 μm tras restar el fondo de cada píxel espacial del campo de visión. Derecha: Misma información que el panel de la izquierda pero mostranto únicamente la información que es más del doble de brillante que el nivel de ruido. Paneles inferiores: Desplazamiento al azul en la línea del Brγ. Izquierda: emisión integrada en el rango de 120 Å en torno a 2,147 μm, es decir, alrededor de la línea Brγ desplazada al azul emitida por una fuente que se aproxima a una velocidad de 2.700 km/s. El fondo de cada píxel espacial ha sido restado del campo de visión. La escala de color es la misma que en los paneles superiores. Derecha: Misma información que el panel de la izquierda pero mostranto únicamente la información que es más del doble de brillante que el nivel de ruido. Créditos: Astrophysical Journal Letters/M. Valencia.

Fascinación ante lo observado

"Estar en el telescopio y ver los datos en tiempo real fue una experiencia fascinante", afirma Florian Peissker, estudiante de doctorado de la Universidad de Colonia (Alemania) que hizo gran parte de las observaciones. "Fue sorprendente ver que el resplandor de la nube de polvo permaneció compacto antes y después de la aproximación al agujero negro", comenta Mónica Valencia-S., investigadora post-doctoral también en la Universidad de Colonia, y que entonces trabajaba procesando los datos.

"Hemos estudiado todos los datos recientes y, en particular, el período del año 2014 en el que se produjo la mayor aproximación al agujero negro. No podemos confirmar ningún tipo de estiramiento significativo de la fuente. Sin duda, no se comporta como una nube de polvo sin núcleo. Creemos que debe ser una estrella joven envuelta en polvo", concluye a modo de resumen Eckart, revelando así el inesperado comportamiento de un objeto en las proximidades de un agujero negro súpermasivo.
Este trabajo se ha publicado en la revista Astrophysical Journal Letters bajo el título “Monitoring the Dusty S-Cluster Object (DSO/G2) on its Orbit towards the Galactic Center Black Hole” por M. Valencia-S. et al.

El equipo que ha llevado a cabo la investigación está formado por M. Valencia-S. (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), A. Eckart (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Alemania), M. Zajacek (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Alemania;  Astronomical Institute of the Academy of Sciences, República Checa), F. Peissker (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), M. Parsa (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Francia), E. Mossoux (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Francia), D. Porquet (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Francia), B. Jalali (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), V. Karas (Astronomical Institute of the Academy of Sciences, República Checa), S. Yazici (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), B. Shahzamanian (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), N. Sabha (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), R. Saalfeld (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), S. Smajic (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), R. Grellmann (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), L. Moser (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), M. Horrobin (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), A. Borkar (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), M. García-Marín (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), M. Dovciak (Astronomical Institute of the Academy of Sciences, República Checa), D. Kunneriath (Astronomical Institute of the Academy of Sciences, República Checa), G. D. Karssen (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania), M. Bursa (Astronomical Institute of the Academy of Sciences, República Checa), C. Straubmeier (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Alemania) and H. Bushouse (Space Telescope Science Institute, Estados Unidos).
La imagen 2 es una composición de imágenes obtenidas con el instrumento NACO del VLT en los siguientes filtros:
- Filtro Infrarrojo en banda K (2,18 um)
- Filtro Infrarrojo en banda H (1,66 um)
- Filtro Infrarrojo en banda I (1,27 um)
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