Los ecos de ionización de los cuásares

Parece que mis últimas historias están enfocadas en lo que ocurre en el mismo centro de las galaxias por efecto de sus agujeros negros súper-masivos. Mi última entrada antes del parón de Semana Santa estuvo dedicada a los cuásares, pero también os hablé de los chorros energéticos del agujero negro súpermasivo de 3C 321, de los agujeros negros de masa intermedia y de lo que son las radiogalaxias. Hoy recojo la nota de prensa del Telescopio Espacial Hubble de hace una semana que también está directamente relacionada con este tema.
La historia de esta noticia se remonta a los orígenes del proyecto de ciencia ciudadana Galaxy Zoo. En 2007 la profesora holandesa Hanny van Arken descubrió un extraño objeto de color verdoso y forma peculiar junto a la galaxia espiral IC 2497, a 650 millones de años luz de nosotros, sobre la constelación de Leo Minor. Parecía una pequeña nebulosa, pero su origen era en realidad desconocido y parecía estar asociado con la galaxia. Se le bautizó como Hanny's Voorwerp (Voorwerp es "objeto" en holandés). Tras varias hipótesis, la idea que fue cobrando más fuerza es que lo que estamos viendo aquí es un eco de ionización de un cuásar.

Imagen del "Objeto de Hanny" (Hanny's Voorwerp) obtenida combinando varias tomas conseguidas con el Telescopio Espacial Hubble (HST): datos en infrarrojo en banda H (verde oscuro), en óptico en filtros I (rojo oscuro) y B (azul) y en las líneas de emisión de Hα (rojo) y [O III] (verde). Crédito: NASA, ESA, W. Keel (University of Alabama), and the Galaxy Zoo Team.
¿Qué es lo que queremos decir con eso de "eco de ionización de un cuásar"? Básicamente lo que ocurre es que la poderosa acción del chorro energético que provoca un cuásar (un agujero negro súper-masivo en fase activa) es capaz de "encender" el gas, de igual forma que las estrellas masivas "encienden" el gas de las nebulosas (sucede la ionización del gas). Pero, a diferencia de lo que pasa en las nebulosas, como las distancias son mucho más grandes en el caso del cuásar iluminando las partes externas de una galaxia, esta acción no es inmediata: se necesita tiempo para que el chorro energético llegue desde el centro de la galaxia a las partes externas, típicamente decenas o centenares de miles de años. Esto es el eco del que hablamos. En concreto, un eco de ionización. Una vez apagado el cuásar su acción sobre los objetos que rodean a la galaxia puede durar aún bastante tiempo. El siguiente esquema lo explica de forma más sencilla

Esquema explicando el posible origen del misterioso "Objeto de Hanny" (Hanny's Voorwerp). De izquierda a derecha: (1) la galaxia espiral IC 2497 tiene un encuentro gravitatorio cercano con una galaxia enana. (2) Las intensas fuerzas de marea destrozan la galaxia enana, que termina formando una larga cola de marea. Parte del material cae al centro de IC 2497 (donde existe un agujero negro súpermasivo) mientras que parte del material se va al espacio intergaláctico. (3) El agujero negro súpermasivo "se activa" al engullir el gas robado de la galaxia enana, formando un cuásar. El cuásar origina dos conos de alta radiación, uno de ellos atraviesa la cola de marea externa de lo que queda de la galaxia enana, "encendiendo" así el gas. Esto sucede varias decenas o centenares de miles de años tras el encendido del cuásar. (4) Una vez el cuásar se apaga el material expulsado por él sigue alcanzando las partes externas por un tiempo. Esta acción también puede desencadenar la formación estelar. El gas del objeto brilla por la acción del eco de ionización del cuásar. Crédito: NASA, ESA, W. Keel (University of Alabama), and the Galaxy Zoo Team.
En el caso del "Objeto de Hanny" (Hanny's Voorwerp) el "apagado" del cuásar de la galaxia espiral IC 2497 ocurrió hace unos 200 mil años. Por eso su "eco de ionización" es aún capaz de "excitar" el gas difuso que ha quedado alrededor de la galaxia tras la destrucción de una galaxia enana.
La pregunta ahora sería ¿existen más objetos de este tipo por ahí? ¿Los podemos detectar? Esto es precisamente lo que el equipo de astrofísicos liderados por el estadounidense William Keel (*) han intentando responder ahora. William Keel (Universidad de Alabama, EE.UU.) ha estado involucrado desde el principio en el origen del Objeto de Hanny. Por eso propuso a un equipo de unos 200 voluntarios el mirar imágenes de más de 15 mil galaxias con cuásares en busca de este peculiar tipo de emisión. Tras conseguir una lista preliminar de objetos candidatos, Keel y su equipo hicieron observaciones espectroscópicas usando varios telescopios de Estados Unidos, encontrando 20 galaxias que tenían gas ionizado por la radiación del cuásar, y no por la propia formación estelar. Estas nubes se extendían a más de 30 mil años luz de las galaxias. Con estas observaciones se pidió tiempo de observación con el Telescopio Espacial Hubble. ¿El resultado? Ocho de estas galaxias muestran estructuras similares al Objeto de Hanny: el gas está encendido por el eco de luz de un cuásar.

Ocho galaxias que albergan un cuásar en su centro y muestran nubes de gas ionizado en las partes externas: en todos los casos es el eco de ionización del cuásar el que enciende el gas. La emisión en verde proviene de [O III], esto es, oxígeno dos veces ionizado. Crédito: NASA, ESA, W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa).
No obstante, el gas ionizado dentro de estas ocho nubes posee más energía de la que se esperaría que reciben ahora del cuásar. En efecto, los cálculos indican que el cuásar actual sólo tendría el 10% de energía necesaria para provocar tal cantidad de ionización en esas nubes externas. La explicación que se da a esto es que los cuásares cambian rápidamente de brillo como consecuencia de la cantidad de materia que cae dentro del agujero negro súper-masivo. Si en el pasado (hace varias decenas o centenares de miles de años) el cuásar era mucho más brillante, la acción seguiría viéndose por efecto del eco de ionización. Keel ha especulado que la variabilidad de los cuásares también podría deberse por el efecto de dos agujeros negros orbitando cerca del centro de la galaxia principal. Esta hipótesis también sería factible, dado que las nubes de gas externas que "enciende" el cuásar provienen de la destrucción de una galaxia enana: el agujero negro de esa galaxia enana "habría caído" hacia el agujero negro de la galaxia grande, y esto alteraría notablemente las propiedades del núcleo activo de galaxia.
(*) William Keel fue el referee (árbitro) de mi segundo artículo científico (2004), probablemente el informe más constructivo que he tenido nunca de un artículo científico.
Historias relacionadas
- El descubrimiento de los cuásares (31 de marzo de 2015)
- (27 de marzo de 2015)
- Agujeros negros de masa intermedia (26 de marzo de 2015)
- Ciencia ciudadana con Radio Galaxy Zoo (6 de marzo de 2015)
- De galaxias azules y jóvenes a galaxias rojas y muertas (4 de febrero de 2015)
- Zocos de Astronomía de abril de 2010 (Gran Nube Magallanes, M 78, Galaxy Zoo) (30 de abril de 2010)
- Los guisantes verdes de Galaxy Zoo (31 de julio de 2009).
- Mkn 1087: un dinosario jugando al fútbol (3 de septiembre de 2004)
Más información
- Nota de prensa del HST (2 de abril de 2015, en inglés).
- Nota de prensa del HST sobre Hanny's Voorwerp (10 de enero de 2011, en inglés)