Imagen compuesta del cúmulo de galaxias Abell 2597 que muestra el flujo de gas en forma de fuente alimentado por el agujero negro supermasivo en la galaxia central. El amarillo son datos de ALMA del gas frío. El rojo son datos del Very Large Telescope que muestran el gas hidrógeno caliente en la misma región. El púrpura extendido es el caliente extendido, gas ionizado según la imagen del Observatorio de rayos X Chandra. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Tremblay et al .; NRAO / AUI / NSF, B. Saxton; NASA / Chandra; ESO / VLT
A mil millones de años luz de la Tierra se encuentra una de las estructuras más masivas del universo, una galaxia elíptica gigante rodeada por un cúmulo en expansión de otras galaxias conocido como Abell 2597. En el núcleo de la galaxia central, un agujero negro supermasivo está alimentando el equivalente cósmico de una fuente monumental, extrayendo grandes reservas de gas molecular frío y volviéndolas a rociar en un ciclo continuo.
Los astrónomos han teorizado durante mucho tiempo que fuentes como esta recirculan continuamente el combustible de formación de estrellas de una galaxia. Las nuevas observaciones de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) de Abell 2597 muestran la primera evidencia clara y convincente de la caída y salida simultáneas de gas impulsado por un agujero negro supermasivo. Los investigadores informan de sus observaciones en el último número de la Diario astrofísico .
"El agujero negro supermasivo en el centro de esta galaxia gigante actúa como una 'bomba' mecánica en una fuente de agua, "dijo Grant Tremblay, un astrofísico en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, y autor principal del artículo. "Este es uno de los primeros sistemas en los que encontramos evidencia clara tanto de la entrada de gas molecular frío hacia el agujero negro como de la salida o elevación de los chorros que lanza el agujero negro".
Según los investigadores, todo este sistema funciona a través de un circuito de retroalimentación autorregulado. El material que cae proporciona energía a la fuente mientras se "drena" hacia el agujero negro central, como agua que entra en la bomba de una fuente. Este gas que cae hace que el agujero negro se encienda con actividad, lanzando chorros de alta velocidad de material sobrecalentado que salen disparados de la galaxia. Mientras viaja este material empuja grupos y serpentinas de gas hacia el halo expansivo de la galaxia, donde finalmente vuelve a llover en el agujero negro, desencadenando todo el proceso de nuevo.
Impresión artística de Abell 2597 que muestra el agujero negro supermasivo central expulsando frío, gas molecular, como la bomba de una fuente galáctica gigante. Crédito:NRAO / AUI / NSF; D. Berry
En total, alrededor de tres mil millones de masas solares de gas molecular es parte de esta fuente, formando una nebulosa filamentosa que se extiende por los 100 más internos, 000 años luz de la galaxia.
En un estudio anterior de los mismos autores publicado en la revista Nature, los investigadores pudieron verificar la interconexión entre el agujero negro y la fuente galáctica al observar la región en un rango de longitudes de onda, o porciones del espectro. Al estudiar la ubicación y el movimiento de moléculas de monóxido de carbono (CO) con ALMA, que brillan intensamente en una luz de longitud de onda milimétrica, los investigadores pudieron medir el movimiento del gas a medida que cae hacia el agujero negro.
Los datos anteriores del Explorador espectroscópico de unidades múltiples (MUSE) en el Very Large Telescope (VLT) de ESO revelaron temperaturas cálidas, el gas ionizado es expulsado de la galaxia, esencialmente la columna de la fuente. Las nuevas observaciones de ALMA encontraron grumos de frío, gas molecular en exactamente los mismos lugares que el gas caliente visto en las observaciones anteriores.
Imagen de ALMA de gas molecular frío en Abell 2597. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), G. Tremblay y col.
"El aspecto único aquí es un análisis acoplado muy detallado de la fuente utilizando datos de ALMA y el instrumento MUSE. Las dos instalaciones hacen una combinación increíblemente poderosa, "dijo Tremblay." ALMA reveló la distribución y los movimientos de las frías nubes de gas molecular, y MUSE hizo lo mismo con el gas ionizado caliente ".
Los datos de ALMA y MUSE se combinaron con un nuevo, observación ultraprofunda del cúmulo por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, revelando la fase caliente de esta fuente con exquisito detalle, señalaron los investigadores.
Animación de los datos de MUSE H-alpha que muestran las diferentes velocidades del material en la "fuente galáctica". Crédito:ESO; G. Tremblay y col.
Las observaciones también apoyan de manera muy convincente la hipótesis de que las nebulosas moleculares ionizadas cálidas y frías son una en la misma, con el gas ionizado caliente siendo simplemente la "capa" alrededor de los fríos núcleos moleculares que se agitan dentro de esta fuente a escala de galaxias.
Este enfoque de longitudes de onda múltiples ofrece una imagen extraordinariamente completa de este sistema. "Es como observar la nube de lluvia, lluvia, y charco todo al mismo tiempo, "señaló Tremblay. Si bien esta es solo una observación de una galaxia, los astrónomos especulan que pueden estar observando un proceso que es común en las galaxias y fundamental para su evolución.
