NIRDust, la innovación con acento cordobés para desentrañar los misterios de los Agujeros Negros Supermasivos

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Un equipo de investigación del Observatorio Astronómico de Córdoba (OAC) y Conicet desarrollaron un software pionero para estudiar la luz infrarroja emitida por el polvo interestelar que rodea a los agujeros negros supermasivos en galaxias activas. Creado en lenguaje Python, permite medir temperaturas y mapear la distribución del polvo interestelar en regiones donde la gravedad extrema distorsiona la luz y oculta los secretos más profundos del universo.

Los agujeros negros, especialmente los supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias, son conocidos por su capacidad de capturar aquello cercano a su poderío gravitatorio, y engullen hasta la luz.

Este fenómeno convierte a los agujeros negros en los objetos más oscuros y enigmáticos del universo. Sin embargo, su influencia se extiende más allá del horizonte de eventos, afectando al material circundante que es atraído hacia ellos.

En torno a los agujeros negros se forma un disco de acreción, una estructura compuesta por gas y polvo que cae en espiral hacia el núcleo galáctico. Este material, al ser acelerado por la enorme gravedad del agujero negro, se calienta a temperaturas extremas, lo que provoca que emita luz en diversas longitudes de onda, desde ondas de radio hasta rayos X. Esta emisión es crucial para los astrónomos, ya que les permite medir la masa del agujero negro, su posición exacta y la tasa de acreción; es decir, la cantidad de materia que atraviesa el horizonte de eventos por año.

En un artículo publicado por UNCiencia, con la firma de Victoria Rubinstein, se advierte que “el viaje de la luz no termina ahí. Existe otro obstáculo importante que interactúa con esta luz: un toroide de gas y polvo que envuelve a los agujeros negros supermasivos”.

“Esta estructura, que inicialmente se pensó que tenía forma de dona, es opaca y oculta la luz emitida por el material que está siendo absorbido por el agujero negro. A medida que la luz trata de escapar de la atracción gravitacional del agujero negro, calienta las partículas de polvo en el toroide, haciendo que estas brillen en el rango del infrarrojo cercano. Este tipo de radiación no es visible para el ojo humano, pero es esencial para estudiar las propiedades físicas del polvo y la estructura del toroide”.

Gaia Gaspar, investigadora del Observatorio Astronómico de Córdoba, detalló que “en nuestro grupo de investigación del Medio Interestelar y Galaxias desarrollamos un software llamado NIRDust para medir estas temperaturas y mapear la distribución del polvo interestelar. NIRDust nos permite modelar y entender mejor las propiedades físicas del polvo, proporcionando información valiosa sobre cómo interactúa con la radiación emitida por el material en el disco de acreción”.

El polvo oculto en galaxias AGN
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La importancia de NIRDust radica en su capacidad para modelar la emisión de polvo caliente alrededor de núcleos galácticos activos (AGN) de tipo 2. Este software utiliza espectros en el infrarrojo cercano (alrededor de 2.2 μm) para medir la temperatura del polvo cercano a los agujeros negros supermasivos.

El software fue probado tanto con espectros sintéticos como reales, demostrando su precisión y capacidad para caracterizar las incertidumbres asociadas a las mediciones.

El código realiza un ajuste del espectro en la región nuclear de la galaxia para separar dos componentes principales: la contribución de las estrellas y la del polvo caliente.

Tal proceso es clave en galaxias AGN oscurecidas, donde no es posible observar directamente el agujero negro supermasivo. A partir de la pendiente del espectro, NIRDust ajusta un modelo que permite calcular la temperatura del polvo. Repitiendo este ajuste en espectros tomados a distintas distancias del núcleo galáctico, es posible medir cómo varía esa temperatura en función de la distancia.

Los secretos del polvo interestelar en galaxias activas
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NIRDust fue aplicado exitosamente en galaxias activas cercanas como NGC 4945 y NGC 6300, revelando temperaturas de polvo superiores a los 800 grados Celsius en regiones alejadas del núcleo galáctico. Estos hallazgos fueron posibles gracias a la alta resolución espacial de los telescopios Gemini Norte y Sur,y al análisis detallado brindado por NIRDust.

“Por ejemplo, en NGC 4945, se detectó polvo a temperaturas de 827 grados Celsius a una distancia de hasta 80 parsecs del núcleo, una extensión mucho mayor de lo esperado si sólo fuera calentado por el disco de acreción” agregó Gaspar, investigadora principal de este trabajo.

En NGC 6300, la detección de polvo a 927 grados Celsius a 27 parsecs del núcleo fue acompañada por la identificación de una línea de emisión de azufre, lo que sugiere que la luz del agujero negro está calentando directamente este polvo.

Además, el software ha sido utilizado para analizar los espectros de la galaxia NGC 5128 (Centaurus A), confirmando temperaturas del polvo en torno a los 920-970 utilizando datos del telescopio Gemini y comparándolos con resultados previos de otros estudios. Los resultados obtenidos con NIRDust son consistentes con mediciones anteriores y subrayan la importancia de este tipo de herramientas para la astronomía moderna.

Estos estudios no sólo proporcionan una visión más detallada de las regiones circundantes a los agujeros negros, sino que también abren nuevas preguntas sobre la naturaleza del polvo interestelar y su interacción con los procesos extremos que ocurren en los centros galácticos.

La capacidad de NIRDust para descomponer la luz infrarroja y mapear la distribución del polvo es un avance significativo en nuestra comprensión de estos misteriosos objetos y su papel en la evolución de las galaxias.

Así, el Observatorio Astronómico de Córdoba, a través de herramientas innovadoras como NIRDust, continúa contribuyendo al entendimiento de los fenómenos más extremos del universo, desentrañando los secretos de los agujeros negros supermasivos y su influencia en el cosmos que nos rodea.

Equipo de investigación
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Gaia Gaspar¹², Martín Chalela¹²³, Juan Cabral²³⁴, José Alacoria⁵, Damián Mast¹², Rubén J. Díaz¹⁶. «NIRDUST: Probing Hot DustEmissionAroundType 2 AGN Using K-band Spectra.» MNRAS 528, no. 2 (2024): 2952-2963. 1.Observatorio Astronómico de Córdoba, Universidad Nacional de Córdoba (OAC–UNC), Laprida 854, X5000BGR Córdoba, Argentina. 2.Consejo de Investigaciones Científicas y Técnicas de la República Argentina (CONICET), C1033AAJ, Buenos Aires, Argentina. 3.Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE–CONICET), X5000BGR, Córdoba, Argentina. 4.Gerencia de Vinculación Tecnológica, Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), X5187XAC, Córdoba, Argentina. 5.Instituto de Ciencias Astronómicas, de la Tierra y el Espacio (ICATE–CONICET–UNSJ), J5400DSP, Av. España Sur 1512, San Juan, Argentina. 6.GeminiObservatory, NSF’sNOIRLab, Tucson, Arizona, AZ85719, USA.

Link a la publicación original: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024MNRAS.528.2952G/abstract

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