ASTRONOMÍA. El telescopio James Webb revela sorpresas sobre moléculas orgánicas de galaxias cerca de agujeros negros

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Telescopio espacial James Webb revela nuevas sorpresas sobre moléculas orgánicas de galaxias cerca de agujeros negros. Universidad de Oxford

La investigación dirigida por la Universidad de Oxford es la primera de su tipo en estudiar pequeñas moléculas de polvo en la región nuclear de las galaxias activas utilizando las primeras observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST). 

12 octubre 2022.- El estudio es el primer artículo dirigido por el Reino Unido que utiliza datos espectroscópicos del Instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST y aborda uno de los mayores desafíos de la astrofísica moderna: comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias.

Las diminutas moléculas de polvo conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) se encuentran entre las moléculas orgánicas más extendidas en el universo y son importantes herramientas astronómicas. Por ejemplo, se consideran componentes fundamentales de los compuestos prebióticos, que pueden haber jugado un papel clave en el origen de la vida. Las moléculas de PAH producen bandas de emisión extremadamente brillantes en la región infrarroja cuando son iluminadas por estrellas , lo que permite a los astrónomos no solo rastrear la actividad de formación de estrellas, sino también usarlas como barómetros sensibles de las condiciones físicas locales.

Este nuevo análisis, dirigido por el Dr. Ismael García-Bernete del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, utilizó los instrumentos de vanguardia de JWST para caracterizar, por primera vez, las propiedades de PAH en la región nuclear de tres galaxias activas luminosas. El estudio se basó en datos espectroscópicos del MIRI de JWST, que mide específicamente la luz en el rango de longitud de onda de 5 a 28 micrones. Luego, los investigadores compararon las observaciones con las predicciones teóricas para estas moléculas.

Mapas de la región central de ∼6″ de NGC 7469, que incluye el AGN y el anillo circunnuclear de formación estelar. Panel superior izquierdo: en color y contornos negros, se encuentra la imagen con sustracción de PSF del JWST/F770W (que traza principalmente la banda PAH de 7,7 μm). Las regiones negras (s1, s2, s3, s4, s5, s6 y s7) corresponden a zonas circunnucleares seleccionadas de NGC 7469. Las regiones roja y azul (o1, o2, o3, o4, o5 y o6) están en la región de salida . La línea verde representa la orientación de la barra de gas molecular nuclear. Las líneas grises corresponden a la región de flujo de salida aproximada según el mapa de velocidad [S IV]λ10,51 μm (consulte el Apéndice B). El recuadro blanco representa el JWST/MRS ch1 FoV (3,2″ × 3,7″), que es prácticamente idéntico a la resolución angular de Spitzer/IRS. La estrella marrón corresponde a la ubicación aproximada de la supernova de radio SN 2000ft (Colina et al. 2001). Panel superior derecho: mapa de bandas de PAH de 6,2 μm de JWST/MRS derivado del uso de un continuo local (ver texto). Panel inferior izquierdo: mapa de emisión de [Ar II]λ6.99 μm. Panel inferior derecho: proporción de PAH de 11,3/6,2 μm usando continuos locales (ver texto). En negro están los contornos de la banda de PAH de 6,2 μm. La región central corresponde a esta proporción de PAH en el espectro nuclear. Todas las imágenes se muestran en una escala de color lineal. El norte está arriba y el este está a la izquierda, y las compensaciones se miden en relación con el AGN. Crédito: El norte está arriba y el este está a la izquierda, y las compensaciones se miden en relación con el AGN. Crédito: El norte está arriba y el este está a la izquierda, y las compensaciones se miden en relación con el AGN. Fuente: Astronomía y Astrofísica (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202244806

Sorprendentemente, los resultados anularon los de estudios previos que habían predicho que las moléculas de PAH serían destruidas en las cercanías del agujero negro en el centro de una galaxia activa. En cambio, el análisis reveló que las moléculas de PAH en realidad pueden sobrevivir en esta región, incluso donde fotones muy energéticos podrían potencialmente destrozarlas. Una posible razón podría ser que las moléculas estén protegidas por grandes cantidades de gas molecular en la región nuclear.

Sin embargo, incluso donde sobrevivieron las moléculas de PAH, los resultados mostraron que los agujeros negros supermasivos en el corazón de las galaxias tenían un impacto significativo en sus propiedades. En particular, la proporción de moléculas más grandes y neutras aumentó, lo que indica que es posible que se hayan destruido moléculas de PAH más frágiles, pequeñas y cargadas. Esto trae severas limitaciones al uso de estas moléculas de PAH para probar qué tan rápido una galaxia activa produce nuevas estrellas .

Esta investigación es de gran interés para la comunidad astronómica en general, particularmente para aquellos que se enfocan en la formación de planetas y estrellas en las galaxias más distantes y tenues.

Poder observar moléculas de PAH en la región nuclear de una galaxia es un gran avance y el siguiente paso es analizar una muestra más grande de galaxias activas con diferentes propiedades. Esto permitirá comprender mejor cómo sobreviven las moléculas de PAH y cuáles son sus propiedades específicas en la región nuclear. 

Tal conocimiento es clave para usar los PAH como una herramienta precisa para caracterizar la cantidad de formación de estrellas en las galaxias y, por lo tanto, cómo evolucionan las galaxias con el tiempo.

Más información: I. García-Bernete et al, A high angular resolution view of the PAH emission in Seyfert galaxies using JWST/MRS data, Astronomy & Astrophysics (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202244806