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Informe del Observatorio Europeo Austral sobre el descubrimiento de un brillante agujero negro solitario, sin una galaxia que lo albergue.

Un equipo internacional de astrónomos (1) utilizó dos de las más poderosas instalaciones astronómicas disponibles, el Telescopio Muy Grande (VLT = Very Large Telescope) de ESO en Cerro Paranal y el Telescopio Espacial Hubble (HST = Hubble Space Telescope), para llevar a cabo un estudio detallado de 20 quásares de bajo corrimiento al rojo.

Para 19 de ellos encontró, como se esperaba, que estos agujeros negros supermasivos se encontraban rodeados por una galaxia anfitriona. Pero cuando estudiaron el brillante quásar HE0450-2958, localizado a unos 5 000 millones de años luz de distancia, no pudieron encontrar evidencia de una galaxia a su alrededor. Esto, sugieren los astrónomos, podría indicar el extraño caso de una colisión entre una galaxia espiral aparentemente normal con un objeto mucho más exótico que albergaba un agujero negro supermasivo.

ESO PR Foto 28a/05: Dos quásares con su galaxia anfitrionaAquí se muestran dos ejemplos de quásares de la muestra estudiada por los astrónomos, donde resulta obvia la galaxia anfritriona. En cada caso, el quásar es el punto central brillante. La galaxia de HE1239-2426 (a la izquierda), un quásar de z=0,082, exhibe grandes brazos espirales, mientras que la anfitriona de HE1503+0228 (a la derecha), con z=0,135, es más difusa y muestra únicamente indicios de brazos espirales. Aunque estos objetos en particular están bastante cerca de nosotros y constituyen un blanco fácil, sus anfitrionas serían perfectamente visibles aún con un corrimiento al rojo mucho mayor, incluyendo a distancias tan grandes como la de HE0450-2958 (z=0,285). Las observaciones fueron realizadas con la cámara ACS del HST.

Con masas que llegan a ser varios cientos de millones la del Sol, los agujeros negros supermasivos son los más tentadores objetos que se conocen. Ocultos en el centro de la mayoría de las grandes galaxias, incluyendo a nuestra propia Vía Láctea, algunas veces se manifiestan al devorar materia que toman de sus alrededores.

Brillando aún a grandes distancias, son llamados “quásares” o “QSOs” (Quasi Stellar Objects = objetos casi estelares) ya que inicialmente habían sido confundido con estrellas.

Décadas de observaciones han sugerido que siempre están asociados con galaxias anfitrionas masivas. Sin embargo, ver la galaxia anfitriona de un quásar es una tarea retadora, ya que el quásar irradia con tanta energía que resulta difícil detectar la galaxia en medio del resplandor.

Para superar este problema, los astrónomos diseñaron una nueva y altamente eficiente estrategia. Utilizando el VLT de ESO para la espectroscopía y el HST para la fotografía, observaron los quásares al mismo tiempo que a una estrella de referencia. La observación simultánea de la estrella les permitió medir de la mejor manera la forma de la fuente quásar puntual en su espectro y en imagen, y además a separar la luz del quásar de otras fuentes, como por ejemplo de la misma galaxia que lo rodeaba.

Este muy poderoso método de mejoramiento de imagen (“deconvolución-MCS”) fue aplicado para estos datos a los efectos de detectar los menores detalles de la galaxia anfitriona.

ESO PR Foto 28b/05: HE0450-2958, el quásar sin hogar(Izquierda): imagen capturada por HST del quásar con z=0,825 HE045-2958. No se ve ninguna galaxia obvia que esté centrada en el quásar. Solamente se observa en la parte superior una fuertemente distorsionada galaxia compañera en proceso de formación estelar. (Derecha): La misma imagen luego de aplicar un eficiente método de mejoramiento de imagen conocido como deconvolución-MCS. En contraste con los casos usuales, como los mostrados en la ESO PR Foto 28a/05, el quásar no está situado en el centro de una extensa galaxia anfitriona, sino en el borde de una estructura compacta, cuyo espectro (véase la foto 28c/05) muestra que está compuesta por gas ionizado a causa de la radiación del quásar. Este gas puede haber sido capturado a través de una colisión con la galaxia en proceso de formación estelar. La estrella indicada en la figura es una cercana estrella galáctica que se encuentra por casualidad en el campo visual.

Al utilizar esta eficiente técnica, los astrónomos pudieron detectar una galaxia anfitriona para todos menos para uno de los quásares que estudiaron. No se encontró ningún medioambiente estelar para HE0450-2958, lo que sugería que si existía alguna galaxia anfitriona, debería tener al menos una luminosidad seis veces menor que la esperada a priori para la luminosidad observada del quásar, o un radio menor a 300 años luz. Los radios típicos para las galaxias anfitrionas de quásares oscila entre 6 000 y 50 000 años luz, es decir, por lo menos de 20 a 170 veces más grande.

“Con los datos que conseguimos con el VLT y el HST, deberíamos haber podido detectar una galaxia anfitriona normal”, dice Pierre Magain (Universidad de Lieja, Bélgica), autor principal del artículo que informa sobre el estudio. “Por lo tanto, debemos concluir que, contrariamente a lo que esperábamos, este brillante quásar no está rodeado por una galaxia masiva”.

En cambio, los astrónomos detectaron justa al lado del quásar una nube brillante de unos 2 500 años luz de diámetro, a la que bautizaron “la burbuja”. Las observaciones del VLT muestran que esta nube está compuesta por gas ionizado por la intensa radiación que proviene del quásar. Es probable que el gas de esta nube sea lo que esté alimentando al agujero negro supermasivo, permitiéndole convertirse en un quásar.

Una galaxia fuertemente perturbada, mostrando todos los signos de una colisión reciente, se puede ver también en las imágenes del HST a dos arcosegundos de distancia (lo que corresponde a unos 50 000 años luz), y los espectros del VLT muestran que actualmente se encuentra en un estado en el que se están formando estrellas a un ritmo frenético.

“La ausencia de una galaxia anfitriona masiva, combinada con la existencia de la Burbuja y de la galaxia de formación estelar, nos lleva a creer que hemos descubierto un quásar realmente exótico”, dice el miembro del equipo Fréderic Courbin (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza). “Hay muy poca duda de que el estallido de formación estelar en la galaxia compañera y el propio quásar han sido producidos por una colisión que debe haber tenido lugar hace unos 100 millones de años. Qué fue lo que sucedió con la supuesta anfitriona del quásar es algo que todavía se ignora”.

ESO PR Foto 28c/05: Espectro del quásar HE0450-2958, de la Burbuja y de la galaxia compañera (VIMOS/VLT)Presentamos aquí el espectro de los tres objetos indicados en la Foto 28b/05, tal como fue obtenido por el instrumento FORS1 del VLT de ESO, El espectro de la galaxia compañera mostrada en el panel superior revela un fuerte proceso de formación estelar. Gracias al proceso de mejoramiento de imagen, ha sido posible separar muy bien el espectro del quásar (centro) del de la Burbuja (abajo). El especto de la Burbuja muestra exclusivamente fuertes líneas angostas de emisión que tienen propiedades indicativas de ionización a causa de la radiación del quásar. No hay trazas de luz estelar, incluso en los niveles más tenues, en los alrededores del quásar.

HE0450-2958 constituye un desafiante caso de interpretación. Los astrónomos proponen varias explicaciones posibles, que necesitarán ser investigadas y confrontadas. ¿Ha sido la galaxia anfitriona destrozada completamente como resultado de la colisión?. Es difícil imaginar cómo pudo suceder tal cosa. ¿Será que un agujero negro aislado capturó gas mientras cruzaba el disco de una galaxia espiral?. Esto requeriría condiciones muy especiales y probablemente no habría causado una perturbación tan tremenda como la que se observa en la galaxia vecina.

Otra intrigante hipótesis es que la galaxia que albergaba al agujero negro estaba constituida completamente por materia oscura. “Cualquiera que sea la solución de este acertijo, el fuerte hecho observable es que la galaxia anfitriona del quásar, si es que existe, es muy poco luminosa”, dice el miembro del equipo Knud Jahnke (Astrophysikalisches Institut Potsdam, Alemania).

El informe sobre HE0450-2958 será publicado en el número del 15 de setiembre de 2005 de la revista “Nature” ("Discovery of a bright quasar without a massive host galaxy" by Pierre Magain et al.).

NOTA:

1).- El equipo está compuesto por Pierre Magain y Géraldine Letawe (Université de Liège, Bélgica), Frédéric Courbin y Georges Meylan (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza), Pascale Jablonka (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne y Université de Genève, Suiza) , y Knud Jahnke y Lutz Wisotzki (Astrophysikalisches Institut Potsdam, Alemania).

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

Páginas web relacionadas

-- Agujeros Negros Supermasivos al principio
-- Detectan gran agujero negro sin una galaxia que lo hospede (Informe de ESA sobre el mismo descubrimiento)

Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: ESO Press Release 23/05
Artículo: “Black Hole in Search of a Home”
Fecha: Setiembre 14, 2005

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