La mayoría de las galaxias tiene solamente un núcleo en su centro. Pero algunas tienen más. Un equipo de astrónomos argentinos han determinado que la distante M83 en Hidra es una de ellas.

M83, la Galaxia del Molinete Austral, es uno de los mejores ejemplos de gran galaxia espiral visible para los astrónomos aficionados en el cielo nocturno.

M83, la galaxia del Molinete AustralCrédito: ESO VLT

Poseedora de un brillante núcleo central y dos grandes brazos espirales, M83 tiene una apariencia de “hundida hacia adentro” aún para los pequeños telescopios aficionados. En los instrumentos mayores, esta belleza barrada con un diámetro de un tercio de la luna llena comienza a mostrar penachos y pliegues cerca de su corazón, el tipo de moteado que le dice a los astrónomos, tanto profesionales como aficionados, que enormes nubes de gas y polvo están colapsando bajo la influencia de la gravedad, para formar cúmulos masivos de estallido estelar.

Pero ahora, un equipo de investigadores que realizó investigaciones en el espectro visible cercano nos dice que esta relativamente liviana (aunque hermosamente formada galaxia frontal) está siendo agitada por la presencia de no uno sino dos concentraciones de masa (núcleos) que potencialmente podrían tomar la forma de agujeros negros supermasivos (SMBHs = Supermassive Black Holes). Quizás lo más sorprendente de todo sea el hecho de que ninguno de los núcleos se encuentra exactamente en el centro del corazón galáctico.

En un artículo titulado “Doble Núcleo en M83” (“Double Nucleus in M83”) publicado el viernes 13 de mayo de 2005, los astrónomos Damián Mast, Ruben Díaz y Paz Agüero de la Universidad Nacional del Córdoba y el Observatorio Astronómico de Córdoba, Argentina, han confirmado “la presencia de un núcleo (o concentración de masa) secundario, que fuera sugerido inicialmente por Niranjan Thatte y un equipo de investigadores en el año 2000.

El artículo continúa diciendo que este núcleo secundario “no fue descubierto en las imágenes ópticas del HST debido, probablemente, a la fuerte extinción causada por el polvo” de la luz visible. A causa de ésto, el equipo utilizó técnicas complejas de análisis espectrográfico por computadora, además de observaciones de archivo de radio-frecuencia de alta resolución, para revelar algo que únicamente había sido sospechado por Thatte cinco años antes, utilizando el Telescopio Muy Grande (VLT) de ESO en Chile.

Como resultado de su trabajo, se sabe ahora que el núcleo secundario se encuentra a unos 3,9 segundos de arco (más o menos 200 años luz) al noroeste del centro óptico de M83.

Según Damián Mast, “las concentraciones de masa podrían ser cúmulos estelares en lugar de agujeros negros”. Damián dice también que “no hay radiación no-termal asociada con ninguna de las concentraciones de masa. Las únicas fuentes de rayos-X detectadas se asocian con remanentes de supernova y, considerando la magnitud del estallido estelar asociado, debería haber muchas de ellas. De modo que, ¿hay un agujero negro en la región nuclear de M83?. Nuestras observaciones no nos permiten confirmarlo o descartarlo. Solamente podemos decir que hay huellas cinemáticas de dos concentraciones de masa”.

El telescopio de 1,54 metros de Bosque Alegre, Córdoba, Argentina.'

La confirmación de la existencia real de los agujeros negros es raramente fácil. En esas pocas oportunidades en las cuales una galaxia se orienta de frente hacia nosotros (y sus chorros relativísticos nos apuntan directamente), los altos niveles de radiación a lo largo de un gran rango de longitudes de ondas hacen que la detección sea relativamente simple. Pero cuando estos agujeros negros están tranquilos, o se orientan en alguna otra dirección, el método principal es determinar las velocidades radiales de las estrellas utilizando los desplazamientos Doppler asociados con los espectros estelares (las “huellas cinemáticas” de Damián). El astrónomo hace notar que la “resolución espacial que tenemos nos permite únicamente estimarlos dentro de un radio de 1,5 segundos de arco”. Esta incapacidad de resolver completamente dos núcleos hace que sea difícil confirmar que son agujeros negros, aunque muy posiblemente lo sean.

En el caso de M83, el equipo investigador realizó una serie de observaciones utilizando el Espectrógrafo Multifuncional de Campo Integral (MIFS = Multifunctional Integral Field Spectrograph) adosado al telescopio de 1,54 metros de la Estación Astrofísica de Bosque Alegre en las Sierras Chicas, Argentina. Los datos fueron recogidos de marzo a mayo de 2001 utilizando la luz óptica profunda (con preferencia al rojo) del MIFS. Esto les permitió evaluar los desplazamientos en las bandas de hidrógeno-alfa y nitrógeno II a medida que el gas y el polvo cercanos al centro giraban a su alrededor en respuesta al núcleo.

A causa de las limitaciones impuestas por las condiciones atmosféricas locales, el equipo aumentó sus datos con información espectral recogida por el Telescopio Espacial Hubble (HST). De esa forma lograron crear mas 3D (con superposiciones de varias frecuencias de luz) de la región del corazón de M83. Damián hace notar que “M83 ha sido por años el sujeto de la investigación de nuestro equipo. Lo elegimos como blanco para demostrar cómo la espectroscopía 3D puede ser utilizada como una herramienta poderosa para explicar sistemas complejos como el encontrado en M83”.

Entre los muchos rasgos interesantes que se observan utilizando el método anterior, el equipo investigador informa “un pequeño arco rojo brillante (emergiendo) hacia el sudoeste y un “gigantesco arco de formación estelar” (que había sido reportado inicialmente por astrónomos en 1991. Dentro de ese arco, hacia el noreste del núcleo, “se encuentran varios cúmulos estelares”. Estos cúmulos fueron detectados por primera vez en 2001. El equipo informa también “yendo en dirección anti-horaria a través del arco, se encuentra una región muy oscura, con un gran número de parches de polvo y una región de formación estelar que emerge del polvo”. Todo esto se halla a unos 250 años luz al oeste del núcleo de la galaxia.

Habiendo clarificado la imagen de los rasgos de la región central de M83, el equipo analizó las velocidades radiales asociadas con gases ionizados. Este análisis incorporó datos de unos 1 000 años luz de la región central de M83. Los astrónomos encontraron que “el campo de velocidad radial presenta una distorsión que indica la presencia de dos concentraciones de masa”. Ninguna de esas concentraciones se encuentra justo en el centro óptico de la galaxia. De acuerdo con el equipo, los gases calientes de esas localidades se mueven a velocidades de hasta 634 kilómetros por segundo. Esto es sustancialmente menor a las velocidades (de hasta 1 500 kilómetros por segundo) asociadas con el agujero negro de la Vía Láctea (que es varias veces más masivo que cualquiera de los observados en M83).

VLT (Very Large Telescope) de ESO en Paranal, Chile. Crédito: ESO / Paranal

Quizás el resultado más intrigante de la investigación es la relación entre el segundo núcleo y el límite del gigantesco arco de formación estelar con el que está asociado. Utilizando palabras del artículo, esta relación sugiere que este núcleo “sería el disparador del estallido estelar nuclear observado en M83”.

Damián se tomó un buen tiempo de su apretada agenda para describir las implicaciones astronómicas de la investigación; “un núcleo doble podría significar que dos galaxias se han fusionado, pero debemos considerar “grandes fusiones” y “fusiones pequeñas”. Las primeras ocurren cuando dos galaxias con masas casi iguales se unen y el remanente sería una galaxia elíptica gigante (el destino potencial de la fusión de la Vía Láctea y de M31). En el caso de una fusión pequeña, una galaxia enana cae dentro de la mayor. Debido a la fricción dinámica, la “intrusa” cae hacia el núcleo principal de la galaxia mientras la orbita. La apariencia global de la galaxia anfitriona, si consideramos que es una espiral gigante, no se vería afectada”.

¿Está acaso el arco de formación estelar observado por el equipo implicado en todo ésto?. Nuevamente, de acuerdo con Damián, “hay diferentes trabajos que sugieren que, a medida que la galaxia intrusa atraviesa el medioambiente de gas denso y polvo, dispara la formación estelar. Ésto deja por detrás un sendero visible de regiones de formación estelar”.

Pero como sucede con la mayoría de las cosas, las respuestas generan preguntas. Concluye Damián: “para confirmar la hipótesis de fusión pequeña en M83, se deberán realizar simulaciones numéricas”.

NOTA: Más información sobre la Galaxia del Molinete Austral en el artículo correspondiente del Catálogo Messier de Astroseti: “Objeto M83”.

Enlace con el artículo original en inglés

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Web Site: Universe Today
Artículo: “Twin Black Holes Churn at the Heart of M83”
Autor: Jeff Barbour
Fecha: Mayo 18, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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