Las nubes de polvo pueden explicar las desconcertantes características de los núcleos galácticos activos

This image shows the bright centre and swirling arms of the spiral galaxy NGC 6300. NGC 6300 is located in a starry patch of sky in the southern constellation of Ara (The Altar) which contains a variety of intriguing deep-sky objects. NGC 6300 has beautiful pinwheeling arms connected by a straight bar that cuts through the middle of the galaxy. While it may look like a standard spiral galaxy in visible-light images like this one, it is actually a Seyfert II galaxy. Such galaxies have unusually luminous centres that emit very energetic radiation, meaning that they are often intensely bright in part of the spectrum either side of the visible. NGC 6300 is thought to contain a massive black hole at its heart some 300 000 times more massive than the Sun. This black hole is emitting high energy X-rays as it is fed by the material that is pulled into it. This image of NGC 6300 was taken by the ESO Faint Object Spectrograph and Camera (EFOSC2) on the 3.58-metre New Technology Telescope (NTT). The NTT is based at ESO’s La Silla observing site, on the outskirts of the Atacama Desert in Chile, and was inaugurated in 1989. A black and white image of NGC 6300 was released at the time of the telescope’s inauguration — one of 31 images that were the first to be released from the NTT.

Un nuevo análisis realizado por investigadores de la UC Santa Cruz, publicado el 14 de junio en Monthly Notices de la Royal Astronomical Society , explica estas y otras características desconcertantes de los núcleos galácticos activos como resultado de pequeñas nubes de polvo que pueden oscurecer parcialmente las regiones más internas de AGN.

“Hemos demostrado que muchas de las misteriosas propiedades de los núcleos galácticos activos pueden explicarse por estas pequeñas nubes polvorientas que causan cambios en lo que vemos”, dijo el primer autor Martin Gaskell, investigador asociado en astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz.

Los hallazgos tienen implicaciones importantes porque los investigadores usan las emisiones ópticas de la región de línea ancha para hacer inferencias sobre el comportamiento de los gases en las regiones internas alrededor de un agujero negro supermasivo.

“La emisión de este gas es una de las mejores fuentes de información sobre la masa de un agujero negro y cómo está creciendo. Sin embargo, la naturaleza de este gas es poco conocida”, dijo Gaskell.

El coautor Peter Harrington, un estudiante graduado de UCSC que comenzó a trabajar en el proyecto como estudiante universitario, explicó que el gas en espiral hacia el agujero negro central de una galaxia forma un disco plano de acreción y el gas sobrecalentado en el disco de acreción emite intensa radiación térmica. Parte de esa luz es “reprocesada” (absorbida y re-emitida) por hidrógeno y otros gases que giran por encima y por debajo del disco de acreción en la región de línea ancha. Más allá de esto, hay una región de polvo.

“Una vez que el polvo cruza cierto umbral, se somete a la fuerte radiación del disco de acreción”, dijo Harrington. “Esta radiación es tan intensa que expulsa el polvo del disco, lo que genera una cascada de nubes de polvo que comienza en el borde exterior de la región de línea ancha”.

El efecto de las nubes de polvo en la luz emitida es hacer que la luz que viene detrás de ellos se vea más tenue y roja, al igual que la atmósfera de la Tierra hace que el sol se vea más débil y más rojo al atardecer. En su artículo, Gaskell y Harrington presentan varias líneas de evidencia observacional que apoyan la existencia de tales nubes de polvo en las regiones internas de los núcleos galácticos activos. Desarrollaron un código de computadora para modelar los efectos de las nubes de polvo en las observaciones de la región de línea ancha.

“Hemos escrito el código para que podamos ajustar parámetros como la distribución de gas en la región de línea ancha, cuán rápido se mueve y la orientación del sistema, y ​​luego podemos introducir nubes de polvo y ver cómo afectan las emisiones “perfiles de línea”, dijo Harrington.

Los resultados muestran que al incluir nubes de polvo en su modelo, puede reproducir muchas características de emisión de la región de línea ancha que han desconcertado a los astrofísicos. En lugar de que el gas tenga una distribución cambiante y asimétrica que es difícil de explicar, el gas simplemente está en un disco uniforme, simétrico y turbulento alrededor del agujero negro. Las aparentes asimetrías y cambios se deben a nubes de polvo que pasan frente a la región de línea ancha y hacen que las regiones detrás de ellas se vean más tenues y rojas.

“Creemos que es una explicación mucho más natural de las asimetrías y los cambios que otras teorías más exóticas, como los agujeros negros binarios, que se han invocado para explicarlas”, dijo Gaskell. “Nuestra explicación nos permite mantener la simplicidad del modelo de AGN estándar de la materia en espiral en un solo agujero negro”.