Científicos UdeC participan en el descubrimiento de un nuevo tipo de lente de magnificación cósmica

Un grupo internacional de astrónomos ha descubierto lo que parece ser un peculiar sistema de magnificación óptica en el espacio, en el cuál un gran conglomerado de estrellas aumenta ópticamente una galaxia distante que contiene un agujero negro supermasivo emitiendo chorros. El descubrimiento otorga las mejores vistas hasta el momento de burbujas de gas caliente, o nodos, que se disparan alejándose de estos agujeros negros.

“Sabemos acerca de la existencia de aglomeraciones de material en chorros que emanan desde agujeros negros, y que se alejan desde el origen con velocidades cercanas a la velocidad de la luz, pero no se sabe mucho acerca de su estructura interna o acerca de como son eyectados,” dice Harish Vedantham, postdoc en el California Institute of Technology – Caltech, EEUU. “Con sistemas de magnificación como este, podemos ver estructura del chorro cerca del agujero negro, con mucho mayor nivel de detalle que lo logrado hasta ahora.” Vedantham es autor principal de dos estudios que describen los resultados en la revista The Astrophysical Journal. El proyecto internacional es liderado por Anthony Readhead, profesor Robinson de Astronomía, Emérito, y Director del Owens Valley Radio Observatory, Caltech.

Muchos agujeros negros supermasivos ubicados en el centro de galaxias disparan chorros de gas que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. Sabemos que por gravedad el agujero atrae el material circundante, sin embargo, cierta cantidad sale expulsada a gran energía en forma de chorros. Estos chorros están activos entre uno y 10 millones de años, pero cada cierta cantidad de años emiten estos nudos de material caliente. Con este nuevo candidato a sistema de magnificación, estos nudos se hacen visibles en una escala 100 veces menor a lo alcanzado hasta ahora.

“Los nudos de material que observamos se encuentran muy cerca del agujero negro central y son pequeños – solo algunos días luz en tamaño. Pensamos que estos componentes moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz son magnificados por un lente gravitacional en la galaxia espiral ubicada entre el agujero negro y nosotros,” dice Readhead. “Esto permite lograr una resolución exquisita, cercana a una millonésima de segundo de arco, lo que equivale a ver una cabeza de alfiler en la luna, desde la tierra.”

Un elemento crítico en este sistema es el lente en sí. Los científicos creen que este sería el primer lente de masa “intermedia” – lo que significa que este lente es más grande que los “micro” lentes anteriormente observados y que consisten en estrellas individuales, pero más pequeño que otros lentes conocidos de escala de galaxias o cúmulos de galaxias. El lente descrito en estas publicaciones, llamado “mili-lente”, se piensa que alcanza unas 10.000 masas solares, y probablemente consiste en un cúmulo de estrellas. Una ventaja de este lente “intermedio” radica en que es lo suficientemente pequeño para no bloquear la fuente completa, lo que permite que los nudos en el chorro sean aumentados y vistos a medida que viajan detrás del lente, uno a uno. Además, los investigadores dicen que el lente es de interés científico porque estos objetos de masa intermedia son difíciles de observar en el universo lejano.

“Este sistema puede ofrecer un tremendo laboratorio cósmico para el estudio de mili-lentes gravitacionales y acerca de detalles de la base del chorro en una galaxia activa,” dice Readhead.

Estas observaciones son parte de un programa que mide 1.800 galaxias con sus agujeros negros supermasivos, dos veces por semana, usando el telescopio de 40 metros de OVRO.El programa opera desde 2008, y funciona en apoyo a la misión Fermi de NASA, la cuál observa los mismos objetos en rayos gama.

“Desde la UdeC, participamos con estudiantes de pre y post-grado en la búsqueda de fenómenos exóticos desde la extensa base de datos del proyecto. Esto se realiza con técnicas avanzadas de procesamiento de señales. Además, estamos trabajando activamente en la puesta en marcha de un nuevo instrumento que logrará extraer mayor información desde estos objetos y así poder entender más acerca de su naturaleza,” explica Rodrigo Reeves, profesor del Departamento de Astronomía y director del laboratorio de instrumentación astronómica CePIA - UdeC.

En 2010, investigadores notaron que algo inusual ocurría en la galaxia activa PKS 1413+135. Había aumentado su brillo y luego decayó de forma simétrica durante el período de un año. El mismo tipo de evento ocurrió en 2015. Luego de un detallado análisis, y varios pasos rigurosos para eliminar otros escenarios posibles, los investigadores concluyeron que la variabilidad observada en radio ondas se debía probablemente a estos nudos de gas que se mueven a alta velocidad detrás del lente gravitacional.

“Ha significado observar una gran cantidad de objetos para encontrar éste, que presenta caídas simétricas de brillo, indicando la presencia de un lente gravitacional,” dice el co-autor Tim Pearson, un investigador senior de Caltech.

El próximo paso para confirmar los resultados con PKS 1413+135 es observar la galaxia con una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga, o VLBI por su sigla en inglés, en la cuál radio telescopios ubicados en todo el mundo observan en conjunto para visualizar detalles con mayor precisión.

“El interés por confirmar este notable hallazgo nos ha permitido obtener tiempo de observación con el telescopio ALMA, en la modalidad de Objetivo de Oportunidad, el que consiste en que este objeto será observado apenas se genere una alarma de actividad con otros sistemas de observación – estaremos muy atentos!”, indica Reeves.

Con esta técnica, que permite formar imágenes del objeto con ondas de radio, se deberían observar arcos producidos por el mili-lente. Identificar el arco sería la confirmación de que el mili-lente está magnificando los componentes ultra-rápidos que viajan por el chorro.

“No podríamos hacer estudios como éste sin un observatorio universitario como OVRO, con el que se dedica un gran telescopio de forma exclusiva a un único programa, ” dice Readhead.

Autores adicionales de los estudios publicados en el The Astrophysical Journal son: Vikram Ravi de Caltech; Walter Max-Moerbeck y Anton Zensus del Instituto Max Planck para Radio Astronomía; Talvikki Hovatta, Anne Lahteenmaki y Merja Tornikovski, del Observatorio Metsahovi de Finlandia y de las universidades Aalto y Turku; Mark Gurwell del Observatorio Astrofísico Smithsoniano; Roger Blandford de Stanford; y Vasiliki Pavlidou de la Universidad de Creta.

Los dos nuevos estudios titulados: "Symmetric Achromatic Variability in Active Galaxies: A Powerful New Gravitational Lensing Probe?" y "The Peculiar Light Curve of J1415+1320: A Case Study in Extreme Scattering Events," son financiados por NASA, National Science Foundation, Smithsonian Institution y Academia Sinica de China, Academy of Finland y el Centro de Excelencia en Astrofisica y Tecnologias Afines (CATA) de Chile.