Primeras observaciones de las inmediaciones de un disco de acreción de un agujero negro supermasivo         

Por: Josie Fenske, NOIRLab de NSF.

25 de agosto de 2023

Impresión artística de un agujero negro supermasivo con un disco de acreción orbitándolo. Crédito de la imagen: NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld.

A primera vista, las galaxias emergen como estructuras sublimes pueden parecer bastante serenas. Pero, de hecho, el centro de muchas galaxias es un entorno turbulento que contiene un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente. Orbitando estos objetos incomprensiblemente densos se arremolinan discos de acreción de gas y polvo, que alimentan el agujero negro y emiten copiosas cantidades de energía a lo largo de todo el espectro electromagnético, desde rayos gamma y rayos X de alta energía, pasando por la luz visible, hasta los infrarrojos y las ondas de radio.

El estudio de los discos de acreción puede mejorar la comprensión de los astrónomos sobre los agujeros negros y la evolución de sus galaxias anfitrionas. Sin embargo, es imposible obtener imágenes directas de la mayoría de los discos de acreción debido a sus distancias extremas y sus tamaños relativamente pequeños. En cambio, los astrónomos utilizan los espectros de luz emitidos desde el interior del disco para caracterizar su tamaño y comportamiento. Utilizando este enfoque, los astrónomos que utilizan el telescopio Gemini Norte, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, operado por NOIRLab de NSF, han realizado la primera detección de dos líneas de emisión en el infrarrojo cercano en el disco de acreción de la galaxia III Zw 002, colocando un nuevo límite al tamaño de estas magníficas estructuras.

Los discos de acreción son extremadamente difíciles de obtener imágenes directamente, ya que solo se han obtenido imágenes de dos fuentes gracias a la capacidad de alta resolución angular del Telescopio Horizonte de Sucesos. Entonces, excluyendo el acceso a una red global de radiotelescopios, ¿cómo saben los astrónomos si un agujero negro supermasivo tiene un disco a su alrededor? Resulta que se puede encontrar evidencia de un disco de acreción en un patrón específico de las amplias líneas de emisión llamado perfil de doble pico. Debido a que el disco gira, el gas de un lado se aleja del observador, mientras que el gas del otro lado se acerca al observador. Estos movimientos relativos estiran y comprimen las líneas de emisión a longitudes de onda más largas y más cortas, respectivamente. El resultado es una línea ampliada con dos picos distintos, uno que se origina en cada lado del disco que gira rápidamente.

Estos perfiles de doble pico son un fenómeno raro ya que su aparición se limita a fuentes que pueden observarse casi de frente. En las pocas fuentes en las que se ha observado, el doble pico se ha encontrado en las líneas H-alfa y H-beta, dos líneas de emisión de átomos de hidrógeno que aparecen en el rango de longitud de onda visible. Estas líneas, que se originan en la región interior de la región de líneas anchas cerca del agujero negro supermasivo, no proporcionan evidencia sobre el tamaño del disco de acreción en su totalidad. Pero observaciones recientes en el infrarrojo cercano han revelado una región de la línea ancha exterior que nunca antes se había visto.

Fruto del estudio, se obtuvo por primera vez la detección de perfiles de doble pico impone restricciones firmes a la geometría de una región que de otro modo no sería posible resolver. Al comparar estas observaciones con modelos de disco existentes, el equipo pudo extraer parámetros que proporcionan una imagen más clara del agujero negro supermasivo y la región de líneas anchas de III Zw 002.

Fuente:

https://phys.org/news/2023-08-outskirts-supermassive-black-hole-accretion.html