Figura 1:La imagen profunda de Messier 77 tomada con el Hyper Suprime-Cam (HSC) montado en el Telescopio Subaru. La imagen se crea agregando la información de color del Sloan Digital Sky Survey (Nota 1) a la imagen monocromática adquirida por el HSC. Crédito:NAOJ / SDSS / David Hogg / Michael Blanton. Procesamiento de imágenes:Ichi Tanaka
La galaxia Messier 77 (M77) es famosa por su núcleo súper activo que libera una enorme energía en todo el espectro electromagnético. que van desde rayos X hasta longitudes de onda de radio. Todavía, a pesar de su núcleo altamente activo, la galaxia parece una espiral tranquila normal. No hay señales visuales de lo que está causando que su región central irradie tan ampliamente. Durante mucho tiempo ha sido un misterio por qué solo el centro de M77 está tan activo. Los astrónomos sospechan un evento de hace mucho tiempo que involucra un agujero negro que se hunde, lo que podría haber acelerado el núcleo.
Para probar sus ideas sobre por qué la región central de M77 emite cantidades masivas de radiación, un equipo de investigadores del Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad Abierta de Japón utilizó el Telescopio Subaru para estudiar M77. La imagen profunda sin precedentes de la galaxia revela evidencia de una fusión menor oculta hace miles de millones de años. El descubrimiento proporciona una evidencia crucial del origen de la fusión menor de los núcleos galácticos activos.
El misterio de las galaxias Seyfert
La galaxia Messier 77 (NGC 1068) es famosa por albergar un núcleo activo en su núcleo que libera una enorme cantidad de energía. La existencia de tales galaxias activas en el universo cercano fue notada por primera vez por el astrónomo estadounidense Carl Seyfert hace más de 70 años. Hoy en día se las llama galaxias Seyfert. Los astrónomos creen que la fuente de una actividad tan poderosa es la energía gravitacional liberada por la materia sobrecalentada que cae sobre un agujero negro supermasivo (SMBH) que reside en el centro de la galaxia anfitriona. La masa estimada de tal SMBH para M77 es aproximadamente 10 millones de veces la del Sol.
Se necesita una gran cantidad de gas vertido en el agujero negro central de la galaxia para crear energías tan fuertes. Eso puede parecer una tarea fácil, pero en realidad es muy difícil. El gas en el disco galáctico circulará cada vez más rápido a medida que gira en espiral hacia las proximidades del SMBH. Luego, en algún momento, la "fuerza centrífuga" se equilibra con la atracción gravitacional del SMBH. Eso realmente evita que el gas caiga al centro. La situación es similar al agua que sale de una bañera. Debido a la fuerza centrífuga, el agua que gira rápidamente no se drenará rápidamente. Entonces, ¿Cómo se puede eliminar el momento angular del gas que circula cerca de un núcleo galáctico activo? Encontrar la respuesta a esa pregunta es uno de los grandes desafíos para los investigadores de hoy.
Una predicción planteada hace 18 años
En 1999, El profesor Yoshiaki Taniguchi (actualmente en la Universidad Abierta de Japón), el líder del equipo del estudio actual de Subaru, publicó un artículo sobre el mecanismo impulsor del núcleo activo de las galaxias Seyfert como M 77. Señaló que un evento pasado - una "fusión menor" donde la galaxia anfitriona se comió su galaxia "satélite" (una pequeña galaxia de baja masa orbitarlo) - sería la clave para activar el núcleo de Seyfert.
Figura 2:(Izquierda) El recién descubierto, estructuras extremadamente difusas alrededor de M77. La parte de color más interna de la imagen muestra la parte brillante de la galaxia (de SDSS:vea el centro de la Figura 1). La parte central en marrón rojizo es la expresión con contraste de la tenue estructura de un brazo (etiquetada como "Banana") a la derecha, así como la estructura ondulada (etiquetada como "ondulación") a la izquierda. Todos los objetos de primer plano / fondo no relacionados con M77 se eliminan durante el proceso. La parte monocromática más externa muestra las tenues estructuras ultradifusas en círculos amarillos (etiquetados como "UDO-SE", "TU TERMINASTES", "UDO-SW"). Una mirada profunda a ellos indica los dos últimos ("UDO-NE", "UDO-SW") constituyen una parte de la gran estructura en forma de bucle. Crédito:NAOJ
Generalmente, un evento menor de fusión simplemente rompe una galaxia satélite de baja masa. Los escombros resultantes se absorben en el disco de la galaxia anfitriona más masiva antes de que se acerque al centro. Por lo tanto, no se consideró como el principal impulsor de la actividad nuclear. "Sin embargo, la situación podría ser totalmente diferente si la galaxia satélite tiene un SMBH (más pequeño) en su centro, "Sugiere el profesor Taniguchi, "porque el agujero negro nunca se puede romper. Si existe, eventualmente debería hundirse en el centro de la galaxia anfitriona ".
El SMBH que se hunde de la galaxia satélite eventualmente crearía una perturbación en el disco de gas giratorio alrededor del SMBH de la galaxia principal. Luego, el gas perturbado eventualmente se precipitaría hacia el SMBH central mientras liberaba una enorme energía gravitacional. "Este debe ser el principal mecanismo de ignición de los núcleos Seyfert activos, ", Argumentó Taniguchi." La idea puede explicar naturalmente el misterio sobre la morfología de las galaxias Seyfert, "dijo el profesor Taniguchi, señalando la ventaja del modelo de galaxias de aspecto normal que también es muy activo en sus núcleos.
Prueba de la teoría con el telescopio Subaru
Los avances recientes en la técnica de observación permiten la detección de la estructura extremadamente débil alrededor de las galaxias, tales como bucles o escombros que probablemente están formados por interacciones dinámicas con galaxias satélites. Las partes más externas de las galaxias a menudo se consideran relativamente "tranquilas" con una escala de tiempo dinámica más larga que en cualquier lugar del interior. Las simulaciones muestran que la débil firma de una fusión menor pasada puede permanecer varios miles de millones de años después del evento. "Tal firma puede ser una prueba clave para nuestra hipótesis de fusión menor para las galaxias Seyfert. Ahora es el momento de volver a visitar M77, "dijo Taniguchi.
La elección del equipo de buscar 'el caso pasado' fue, por supuesto, el telescopio Subaru y su potente cámara de imágenes, Hyper Suprime-Cam. La propuesta de observación fue aceptada y ejecutada la noche de Navidad de 2016. "Los datos fueron simplemente asombrosos, "dijo el Dr. Ichi Tanaka, el investigador principal del proyecto. "Afortunadamente, también podríamos recuperar los otros datos que se tomaron en el pasado y que se publicaron recientemente del archivo de datos del Telescopio Subaru. Por lo tanto, los datos combinados que obtuvimos finalmente son de una profundidad sin precedentes ".
La figura 2 muestra el resultado. El equipo ha identificado varias características notables fuera del disco brillante como se ve en la Figura 1, la mayoría de los cuales no se conocían antes de la observación. Hay una débil estructura exterior de un brazo fuera del disco hacia el oeste. La parte opuesta del disco tiene una estructura en forma de ondulación que es claramente diferente del patrón en espiral. Las firmas detectadas coinciden sorprendentemente con el resultado de una simulación de fusión menor publicada por otros equipos de investigación. Qué es más, el equipo de observación descubrió tres estructuras en forma de manchas extremadamente difusas y grandes más lejos del disco. Curiosamente, parece que dos de estas manchas difusas constituyen en realidad un bucle gigantesco alrededor de M77 con un diámetro de 250, 000 años luz. Estas estructuras son una evidencia convincente de que M77 se comió su galaxia satélite hace al menos varios miles de millones de años.
El gran poder de recolección de fotones de Subaru y el excelente rendimiento de Hyper Suprime-Cam fueron cruciales en el descubrimiento de las estructuras extremadamente débiles en M77. Su descubrimiento revela el pasado violento oculto de la galaxia de aspecto normal. "Aunque la gente a veces puede mentir, las galaxias nunca lo hacen. Lo importante es escuchar sus pequeñas voces para entender las galaxias, "dijo el profesor Taniguchi.
El equipo ampliará su estudio a más galaxias Seyfert utilizando el telescopio Subaru. Dr. Masafumi Yagi, quien lidera la siguiente fase del proyecto dijo, "We will discover more and more evidences of the satellite merger around Seyfert host galaxies. We expect that the project can provide a critical piece for the unified picture for the triggering mechanism for active galactic nuclei."
