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2014 febrero 07 : Blog de Emilio Silvera V.
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La técnica de la interferometría de muy larga base a longitudes de onda milimétricas (mm-VLBI) ha permitido obtener imágenes de los motores centrales de las galaxias activas con una resolución angular de decenas de microsegundos de arco. aquellos objetos más cercanos (M87, SgrA) se obtienen resoluciones lineales del orden de las decenas de Radios de Schwarzschild, lo que permite estudiar con detalle único la vecindad de los agujeros negros supermasivos.
Las observaciones astronómicas utilizando la técnica de Interferometría de muy larga base, a longitudes de onda milimétricas proporcionan una resolución angular única en Astronomía. De este modo, observando a 86 GHz se consigue una resolución angular del orden de 40 microsegundos de arco, lo que supone una resolución lineal de 1 año-luz para una fuente con un corrimiento al rojo z = 1, de 10 días-luz para una fuente con un corrimiento al rojo de z = 0,01 y de 10 minutos-luz (1 Unidad Astronómica) para una fuente situada a una distancia de 8 Kpc (1 parcec = 3,26 años-luz), la distancia de nuestro galáctico. Debemos resaltar que con la técnica de mm-VLBI disfrutamos de una doble ventaja: por un lado alcanzamos una resolución de decenas de microsegundos de arco, proporcionando imágenes muy detalladas de las regiones emisoras y, por otro, podemos estudiar aquellas regiones que son parcialmente opacas a longitudes de onda más larga.
Las galaxias activas tienen nucleos que brillan tanto, que pueden llegar a ser más luminosos que las galaxias que los alberga. Estas galaxias activas se caracterizan porque en sus núcleos ocurren procesos no-térmicos que liberan enormes cantidades de energía que parece provenir de una región muy pequeña y brillante situada en el corazón de la galaxia.
El modelo de “Agujero Negro + disco de acrecimiento” es el más satisfactorio hoy día explicar las propiedades de los núcleos activos de galaxias. Un aspecto muy destacado en la morfología de las regiones compactas de los núcleos activos es la presencia de una intensa emisión radio en forma de chorros (los denominados Jets relativistas), que están formados por un plasma de partículas relativistas que emanan del núcleo central y viajan distancias de varios megaparsec.
Estos Jets son los aceleradores de partículas más energéticos del Cosmos. Sin embargo, todavía se desconoce como se generan, aceleran y coliman, si a través de simulaciones magnetohidrodinámicas se conoce que el campo magnético juega un papel fundamental en estos procesos. La técnica de mm-VLBI proporciona imágenes directas y nítidas de las regiones nucleares de las galaxias activas y acotan tanto el tamaño de los núcleos como la anchura de los chorros en la vecindad del agujero negro supermasivo. De hecho, las resoluciones angulares proporcionadas por mm-VLBI corresponderían a escalas lineales del orden de miles, centenares y decenas de Radios de Schwarzschild dependiendo de la distancia y la masa del agujero negro.
Existen algunos casos espectaculares, las imágenes obtenidas con mm-VLBI trazán los chorros relativistas a escalas del subparsec, cartografiando los motores centrales de las fuentes compactas con una resolución lineal tal que nos permite acercarnos a la última órbita estable en torno al agujero negro supermasivo. Podemos mencionar algunos casos espectaculares:
Mrk 501: Es una radiogalaxia situada a un corrimiento al rojo de z = 0.oo34. La masa del agujero negro central es del orden de mil millones de masas solares, por lo que el tamaño del radio de Schwarzschild es de 0,12 días-luz. Las observaciones con mm-VLBI a 86 GHz, muestra que su núcleo es muy compacto. El tamaño del núcleo de la radiofuente se establecer en 0,03 pc.
M87: La galaxia M87 está situada a la una distancia de 16,75 Mpc tiene un agujero negro situado en la región nuclear con una masa del orden de los 3.000 millones de masas solares, lo que implica que el tamaño del Radio de Schwarzschild es de 0,34 días-luz, Las observaciones interferométricas a 45 y 43 GHz han mostrado la presencia de un chorro relativista, en la que se observan dos fenómenos muy relevantes: i) en la base del jet, el ángulo de apertura es muy grande, lo que indicaría que el chorro vuelve a recolimarse a una cierta distancia del Agujero Negro central; ii) el chorro presenta fuerte emisión en sus bordes (fenómeno conocido “edge brightening”, mientras que presenta emisión muy débil en su interior.
Todo esto lleva consigo una serie de implicaciones y parámetros de técnicos que no son al caso destacar aquí.
Demostración de la posibilidad de realizar astrometría diferencial de precisión en observaciones de VLBI de alta resolución, tanto a longitudes de onda milimétricas (Guirado et al., A&A, 353, L37, 2000), como con antenas en el espacio, usando el satélite japonés HALCA del proyecto VSOP (Guirado et al., A&A, 353, L37, 2001).
Las observaciones de VLBI a longitudes de onda centimétricas han mostrado que SgrA, la radiofuente compacta en el de nuestra Galaxia, tiene un tamaño angular que escala con la longitud de onda al cuadrado, resultado que se interpreta físicamente considerando que la estructura que detectamos para SgrA no es su estructura intrínseca sino la imagen resultado de la interacción de su emisión de radio con sus electrones interestelares de la región interna de la Galaxia (lo que técnicamente se conoce el “disco de scattering”. Las observaciones con mm-VLBI a 86 GHz han permitido determinar por primera vez el tamaño intrínseco de SgrA que ha resultado ser de 1,01 Umidades Astronómicas.
Al sintonizar hacia el de la Vía Láctea, los radioastrónomos exploran un lugar complejo y misterioso donde está SgrA que…
Considerando que SgrA se encuentra a una distancia de 8 Kpc y que su masa es de 4 millones de masas solares, este tamaño lineal corresponde a 12,6 Radios de Schwarzschild. Con todo esto, vengo a decir que estamos ya en la misma vecindad de los agujeros negros y, lo único que tenemos que despejar es la incognita que nos pueda crear el efecto del que nos habla la Relatividad General cuando establece que la radiación proveniente de una superficie esférica a una cierta distancia del agujero negro, sufriría un proceso de lente gravitacional amplificadora dandonos un tamaño mayor que el real. Así, cualquier objeto emisor con un tamaño intrínseco inferior a 1,5 Radios de Schwarzschild tendría un diámetro aparente mayor que 5,2 R de Schwarzschild.
Aquí podemos contemplar a la galaxia espiral NGC 4725 que es atípica porque sólo tiene un brazo. Sin embargo, como muchas otras galaxias espirales, no deja de ser fascinante el poder contemplar ese carrusel de estrellas azuladas que ionizan el gas y el polvo de la galaxia con su intensa radiación ultravioleta. La imagen captada por el telescopio nos transporta a regiones lejanas. NGC 4725 es una galaxia que tiene más de 100.000 años luz de diámetro y se encuentra a 41 millones de años luz de distancia en la bien ordenada constelación Coma Berenices.
¿Cuántos mundos tendrá esa galaxia? ¿Existirá la vida en alguno de ellos?
Pensar lo contrario sería irracional, toda vez que, el Universo se rige por unas leyes inamovibles que actúan en todas partes por muy lejanas que se puedan encontrar y, los fenómenos que aquí en nuestra región tuvieron lugar cuando de una explosión supernova surgió una Nebulosa de la que se formó, con el paso de millones de años, nuestro Sistema solar y, en la Tierra, germinóla vida, de la misma manera, habrá podido pasar allí y en otras muchas galaxias que, debido a las inmensas distancias que nos separan, no podemos visitar.
La galaxia IC 1101, vista a través del telescopio (NASA)
La galaxia IC 1101 es sesenta veces más grande que la Vía Láctea, se alimenta de otras galaxias y alberga en su interior cientos de billones de estrellas. Así lo he podido leer en un reportaje de ABC.es que en su apartado de Ciencia ha sido publicado con la autoría de Don Miguel Gilarte Fernández que es el presidente de la Asociación astronómica de España y director del Observatorio Astronómico de Almadén de la Plata, y nos cuenta lo siguiente:
“Gracias a nuevas técnicas aplicadas a grandes telescopios terrestres y espaciales, podemos conocer la grandiosidad de algunas galaxias de colosales tamaños. Estas galaxias vistas en luz visible, es decir, aplicando el ojo al telescopio o con técnicas fotográficas normales, resultan ser mucho menores de lo que en realidad son.
Un claro ejemplo lo tenemos con la galaxia espiral barrada NGC 6872, que en luz visible no deja de ser una modesta galaxia entre los 100.000 millones de galaxias que contiene el Universo. Pero vista a través del ultravioleta, que es la radiación electromagnética de longitud de onda más corta que la de la luz visible, podemos ver lo invisible. El Universo visto a través de la radiación infrarroja, ultravioleta, etc, es completamente diferente al que nosotros percibimos con nuestros ojos; la luz visible.
Los satélites han permitido conocer el verdadero tamaño de las galaxias
Nuestra atmósfera absorbe casi toda la radiación ultravioleta que nos llega del espacio, por ello los estudios en astronomía con radiación infrarroja, se realizan mejor desde satélites ubicados fuera de nuestra atmósfera. Así pues se lanzaron los satélites, entre otros el Observatorio Astronómico Copérnico, el Satélite Europeo TD-1, el Satélite Astronómico de los Países Bajos, el Observatorio Astronómico UIE, el telescopio espacial Hubble y, más recientemente, el Explorador de la Evolución de Galaxias (GALEX), que es el que nos ha hecho ver las verdaderas dimensiones de galaxia.
Gracias al ultravioleta, podemos contemplar regiones de las galaxias invisibles para el ojo humano, regiones donde abundan estrellas muy calientes que emiten en este de longitud de onda y lugares en los que abunda el hidrógeno molecular, así como el polvo de las galaxias o entre ellas.
Cinco veces más grande que la Vía Lactea
La gigantesca galaxia NGC 6872, se localiza a 212 millones de años luz de nosotros (1 año luz son 9,5 billones de km aprox.) y en un principio se creyó que era 2,5 veces mayor que la nuestra; La Vía Láctea con 100.000 años luz de diámetro, es decir, que un rayo de luz a 300.000 km/s tardaría 100.000 años en recorrerla. Pues ahora y gracias a investigadores que estudian las galaxias con el telescopio espacial GALEX, descubrieron que sus dimensiones son 5 veces mayor que la Vía Láctea. Se trata de una galaxia espiral barrada con dos brazos bien diferenciados. Nuestra Galaxia cabría en la mitad de uno de ellos. Es la galaxia espiral más grande del Universo conocido. Todo ello aplicando las técnicas del ultravioleta.
Pero esta galaxia es nada, comparada con otra, la mayor del Universo con diferencia. Se le denomina IC 1101, y dista más de 1.000 millones de años luz de nosotros, alejándose a más de 23.000 km/s debido a la expansión del Universo y a su enorme distancia. Esta galaxia elíptica supergigante domina un cúmulo que contiene miles de galaxias cuyo es Abell 2029, de las que se nutre para ir haciéndose mayor, incluyendo a galaxias del tamaño de la nuestra o incluso mayores, se estima que esta galaxia ha engullido cientos de galaxias menores. IC 1101, mide 6 millones de años luz, es decir, 60 veces mayor que la nuestra y con un contenido de cientos de billones de estrellas, aunque algunos científicos estiman una cifra semejante a 1.000 billones de estrellas frente a las 100.000 millones que la Vía Láctea. Aún está en estudio el tamaño y el de estrellas de tal estructura cósmica.
Tardaríamos unos 500 billones de años en llegar a la galaxia de Andrómeda
Esta macro estructura galáctica es imposible de imaginar por sus dimensiones. La galaxia más cercana a la Vía Láctea, es la galaxia de Andrómeda, el doble que la nuestra y a una distancia de 2,3 millones de años luz. Para que se haga una de esta distancia, tardaríamos unos 500 billones de años en llegar caminando a la galaxia de Andrómeda, si pudiéramos ir por una calzada espacial y sin descansar, claro y no tener en cuenta que ambas galaxias se aproximan a 500.000 km/h. Necesitaríamos tunar para llegar a Andrómeda a 6,6 billones de personas que durarían una media de 75 años. La población en la Tierra es de 7.000 millones de habitantes, es decir, necesitamos 943 veces más población para llegar a Andrómeda. Todo ello es para conocer la distancia que nos separa de la galaxia más cercana.
Andrómeda, la galaxia más grande del Grupo Local que con la Vía Láctea destacan de todas las demás, es en realidad pequeña comparada con IC 1101
Tenga en que la edad del Universo es de unos 13.700 millones de años, pero sería más rápido inventemos una nave que viajara a la velocidad de la luz, entonces tardaríamos sólo 2,3 millones de años en llegar a Andrómeda y unos 1.000 millones en llegar a la galaxia IC1101, pero unos 1.300 billones de años tardaríamos en recorrerla andando si fuera posible.
El Universo tiene muchas sorpresas que nos lleva a ser conscientes de que, lo grande o lo pequeño es siempre relativo. Será pequeño o grande en comparación a éste o aquel otro objeto. Nosotros tenemos en la mente la idea de la inmensidad de la galaxia Andrómeda o la misma Vía Láctea pero, si la comparamos con IC 1101…
Curiosamente, los últimos descubrimientos realizados sobre la galaxia IC 1101, indican que el de nacimiento de estrellas es reducido, por lo que puede significar que en la actualidad no está interactuando con otras galaxias. Cuando las galaxias chocan el gas y el polvo de ambas se unen más rápidamente para formar nuevas estrellas. Si esta colosal galaxia, ha limpiado sus alrededores a base de tragar otras galaxias y no continúa con este ritmo, lo más probable es que tienda a desintegrarse en el espacio, hecho poco probable debido a la intensa fuerza de gravedad con la que actúa sobre el medio que la rodea y cuyo poder llega a decenas de galaxias del propio cúmulo de galaxias Abell 2029.
En realidad, el cúmulo de galaxias Abell 2029 y la galaxia supergigante IC 1101, es sólo el 10 o el 30% de lo que podemos ver, el resto se hace notar en forma de materia oscura, una materia invisible, que se deja sentir por su efecto gravitatorio sobre la materia que vemos o detectamos por otros medios.”
Hasta aquí el reportaje que he adornado con algunas imágenes para que su lectura os fuera más leve.

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