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Nuevos datos e incertidumbres sobre los núcleos de las galaxias

En una muestra de núcleos activos de galaxias se ha observado luz polarizada circular alrededor de todos ellos, un fenómeno relacionado con sus chorros de partículas y los discos de materia que alimentan a los agujeros negros de su interior. Este es uno de los resultados de POLAMI, un proyecto internacional coordinado desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía para estudiar a largo plazo estos núcleos galácticos en luz polarizada.

Concepción artística de un núcleo activo de galaxia y su chorro de partículas. / Wolfgang Steffen, Cosmovision

Los núcleos activos de galaxias (AGN, de su nombre en inglés) son los objetos más energéticos del universo. Pueden emitir de forma continua más de cien veces la energía de todas las estrellas de una galaxia como la nuestra, lo que se atribuye a la existencia de un agujero negro supermasivo rodeado de un disco de materia que lo alimenta, y del que emergen dos chorros de partículas a una velocidad próxima a la de la luz.

El proyecto POLAMI, en marcha desde 2006, publica los resultados del primer estudio a largo plazo en luz polarizada en longitudes de onda milimétrica de una muestra de AGN, que permitirá afrontar algunas de las incertidumbres sobre estos objetos.

El estudio de la luz polarizada de los núcleos activos de las galaxias puede ayudar a descubrir la composición y formación de sus chorros de partículas

"Entre estas incertidumbres destacan varias relacionadas con los chorros de partículas que libera el AGN, y que nos remiten a sus regiones más internas y menos exploradas- señala Iván Agudo, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que encabeza el proyecto POLAMI-. Desconocemos, por ejemplo, la composición del material de los chorros o qué modelo explica mejor los procesos que subyacen en su formación, aceleración y colimación, y una de las vías para responder a estas preguntas reside en estudiar estos objetos en luz milimétrica polarizada".

La luz que recibimos del universo es el resultado de la superposición desordenada de muchas ondas electromagnéticas que vibran aleatoriamente, es decir, luz no polarizada. Bajo algunas circunstancias, la luz de algunos astros vibra preferentemente en un plano, lo que da lugar a luz polarizada linealmente; en otras, la luz dibuja una trayectoria similar a la de un muelle, dando lugar a polarización circular.

El tipo de polarización y su variabilidad en el tiempo se relaciona, en el caso de las regiones más internas de los AGN, con la dinámica y evolución del plasma que forma los chorros, de modo que una monitorización detallada de una muestra de objetos durante periodos que comprenden desde semanas hasta varios años puede aportar respuestas a las cuestiones abiertas.

Modelo y emisiones de un cuásar. / IAA

POLAMI, siglas en inglés de Monitorización Polarimétrica de AGN en Ondas Milimétricas, busca cubrir las carencias en los datos disponibles, que apenas contemplan el estudio de la polarización circular de la luz de estos núcleos o de la evolución de los chorros en escalas de tiempo inferiores a meses, y que tampoco han explorado intensivamente estos objetos en ondas milimétricas cortas.

37 núcleos activos de galaxias

La muestra de objetos de POLAMI incluye treinta y siete núcleos activos de galaxias, la mayoría de ellos blázares, un tipo de AGN especialmente luminoso debido a que su orientación nos permite ver los chorros casi de frente. Las observaciones, que se llevaron a cabo desde el radiotelescopio del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) de treinta metros situado en Sierra Nevada (Granada), se programaron en sesiones de entre cuatro y seis horas y se distribuyeron a lo largo de un total de ocho años.

Ahora se están estudiando las variaciones observadas en la polarización circular de la luz de estos núcleos activos de galaxias

"El programa empezó en 2006 siendo el pequeño proyecto de un grupo de investigadores en el IAA y en IRAM, pero en estos doce años ha pasado a convertirse en una colaboración internacional consolidada compuesta por más de veinte investigadores en seis centros de cinco países -apunta Iván Agudo (IAA-CSIC)-. El programa ha participado ya en numerosas publicaciones, pero los resultados que publicamos ahora suponen un hito para el proyecto, ya que se trata de las primeras que analizan solo los datos de POLAMI en su conjunto".

"Los estudios en polarización están entre los más demandantes técnicamente en el radiotelescopio, pero han dado sus frutos -indica Clemens Thum, investigador de IRAM y co-investigador principal del proyecto-. Los resultados revelan por primera vez la presencia de luz polarizada circularmente en toda la muestra de AGN, y su detección en ondas milimétricas cortas limita los mecanismos que pueden producirla".

Estos mecanismos se relacionan con la propia configuración del AGN: el disco de materia que alimenta el agujero negro se halla en rotación, y las líneas de campo magnético se 'enrollan' formando una estructura helicoidal que confina y acelera las partículas de los chorros. "Los datos apuntan a que la polarización circular se produce por conversión de la polarización lineal en la estructura helicoidal de los chorros", apunta Thum.

Los resultados muestran también variaciones en la polarización circular de la luz, tanto a corto como a largo plazo, cuyas causas están siendo estudiadas, y también apuntan a la existencia de varias regiones de emisión a lo largo de los chorros. "Creemos que los resultados de nuestro programa supondrán un punto de partida importante para abrir nuevos campos de investigación para el conocimiento de los chorros en núcleos activos de galaxias, en concreto en lo que respecta a las propiedades y composición del plasma que los forma en sus regiones próximas agujero negro supermasivo central", concluye Agudo.

Radiotelescopio de Treinta Metros de IRAM en Sierra Nevada, Granada. / IAA

Referencias bibliográficas:

I. Agudo et al. "POLAMI: Polarimetric Monitoring of AGN at Millimetre Wavelengths – I. The programme, calibration and calibrator data products". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 474, 1427–1435 (2018) DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stx2435

C. Thum et al. "POLAMI: Polarimetric Monitoring of Active Galactic Nuclei at Millimetre Wavelengths – II. Widespread circular polarization". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 473, 2506–2520, 2017. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stx2436

I. Agudo et al. "POLAMI: Polarimetric Monitoring of Active Galactic Nuclei at Millimetre Wavelengths – III. Characterization of total flux density and polarization variability of relativistic jets". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 473, 1850–1867, 2018. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stx2437

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