Astrónoma chilena descubre la primera galaxia con un fenómeno nunca antes visto

PBC J2333.9-2343 es el nombre de la galaxia, que tiene características especiales que permite entender mejor cómo funcionan las dinámicas dentro de estos importantes objetos estelares.

Particularidades que han hecho que sea el objeto de estudio por años de la astrónoma chilena Lorena Hernández, investigadora del Instituto Milenio de Astrofísica MAS en Chile y de su colega Francesca Panessa, del Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (IAPS-INAF) de Italia.

“Empezamos a estudiar esta galaxia porque mostraba propiedades peculiares en diferentes frecuencias o energías. Nuestra hipótesis era que el chorro relativista de su agujero negro había cambiado de dirección, pero para corroborar esa idea, debíamos realizar diferentes observaciones” explica explica Lorena, quien es parte del bróker astronómico ALeRCE (Automatic learning for the rapid classification of event).

Para eso, las científicas propusieron un programa de seguimiento en diferentes rangos de energía de la galaxia, ya que los cambios que pudieron observar en ella les dio información sobre la naturaleza de las regiones que la emiten, y les permite entender con mejor detalle los procesos físicos que tienen lugar.

Con este trabajo, que acaba de ser publicado en la prestigiosa revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, de la U. de Oxford, descubrieron que en esta galaxia el chorro de partículas originado en las proximidades de su agujero supermasivo, conocido como jet y que se observa como una estructura cónica lanzada a gran distancia por los agujeros negros, al ser acelerado a velocidades relativistas, este “chorro” cambió su dirección de forma drástica, pasando de estar en el plano del cielo, a estar alineado a la línea visión de la Tierra, apuntando hacia ella, lo que es primera vez que se observa.

Un jet o un “chorro relativista” está compuesto por partículas elementales como electrones y protones que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, y se mueven de forma circular alrededor de un fuerte campo magnético, provocando la emisión de radiación a través de todo el espectro electromagnético.

Existe un 10% de galaxias que muestran actividad nuclear, que son los nucleos activos de galaxias y dentro de esos, hay un 10% que tienen estos jets relativistas.

Esta actividad nuclear en ciertos momentos de las vidas de las galaxias, que son miles de millones de años, pueden pasar por fases que son activas, luego cesan, y después puede ser que en otro momento la actividad se vuelva a reiniciar.

Entonces en el caso las galaxias que tienen jets, esa actividad que se reinicia puede que se reinicie en una dirección diferente, y eso es algo que se observa en radio galaxias - o sea en frecuencias de radio- y se observan jets en dos direcciones (hacia arriba y hacia abajo desde el núcleo) en dirección al plano del cielo.

En el caso de PBC J2333.9-2343 , es que “si la miramos en radiofrecuencia, no vemos la actividad nuclear, o sea el nuevo jet no lo vemos, por el hecho de que un jet está apuntando hacia nosotros entonces directamente no lo vemos” explica Hernández.

El descubrimiento permitió que esta galaxia cambie su clasificación, de ser una radio galaxia a ser una blázar, que es cuando uno de esos dos jets apunta hacia nosotros. Denominados fenómenos astronómicos que son gran fuente de energía y uno de los más intensos estudiados en el universo.

“No es algo evidente el observarlo, sino que tuvimos que buscar formas alternativas para probar que la hipótesis que nosotros teníamos que era que había un blázar dentro de esta galaxia era cierta” señala la astrónoma.

Aunque cambios en la dirección de los jets, se han descrito anteriormente, como en el caso de las radio galaxias en forma de X, esta es la primera vez que se observa esta morfología, la que no nos da pistas respecto a jets o chorros en diferentes direcciones.

“Ello no significa que no existan otros casos, pero son difíciles de identificar” explica la astrónoma.

Ahora que se conoce lo que sucedió en PBC J2333.9-2343, es más fácil pensar en formas de buscar otros similares. Lo que podemos decir de este caso particular es que se trata de una galaxia que se sale de la norma de lo que conocemos, ya que su núcleo activo no encaja en los conceptos generales que las autoras han descubierto.

“Estudiar este tipo de galaxias que no siguen las reglas comunes nos puede dar mucha información sobre cómo evolucionan ,nos puede abrir la mente a nuevos descubrimientos sobre lo que ocurre en lo más profundo de las galaxias” comenta Hernández.

El programa de observación con que las astrónomas lograron llegar a estas conclusiones se basó en datos que se obtuvieron con estudios de radiofrecuencias obtenidas con el Radiotelescopio de Effelsberg (Max Planck Institute for Radio Astronomy en Alemania), el instrumento SMARTS-1.3m, de la Universidad de Yale, con el que se observó en un mismo momento en el óptico y en el infrarrojo, y para observaciones en rayos X y en ultravioleta de forma simultánea se utilizaron datos obtenidos por Neil Gehrels Swift Observatory (Universidad de Penn State).

Además de estos análisis, las científicas compararon propiedades de variación de PBC J2333.9-2343 con muestras grandes de galaxias con y sin jet que se lograron con el proyecto ALeRCE en Chile con datos del Zwicky Transient Facility (ZTF) y el proyecto ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System).

“Con los datos del seguimiento pudimos estudiar los cambios que se producen en la galaxia con el tiempo, y vimos que variaba en todas las energías en las que la observamos, desde las frecuencias de radio hasta los rayos gamma”, explica Lorena Hernández, quien también es investigadora en la Universidad de Valparaíso.

Además de todo ello, incluyeron datos públicos que se obtienen de otros instrumentos. “Aunque estos no sirven para estudiar variabilidad, sí sirven para otros aspectos del análisis” detalla Hernández.

Con esta información, las expertas concluyeron que esta galaxia posee un núcleo activo brillante en el centro, con dos lóbulos que son las partes más externas del jet.

Lo interesante de este tipo de galaxias es que, para que la materia sea capaz de trasladarse desde el núcleo hasta esos lóbulos, ha debido pasar mucho tiempo, que puede ser del orden de cien millones de años.

“Durante ese tiempo, han podido ocurrir muchas cosas en la galaxia, entre ellas la actividad nuclear pudo haber cesado y vuelto a activarse tras un tiempo de inactividad, o pudo haber un choque con otra galaxia o algún objeto relativamente grande que hizo que esos jets cambiasen su dirección. No sabemos qué es lo que sucedió en este caso, porque ocurrió hace mucho tiempo atrás, pero podemos estar seguras de que algún evento violento ocurrió”, asegura Hernández.

Asimismo, concluye que otros resultados de la investigación son por ejemplo que los lóbulos no están siendo alimentados por el núcleo, “lo que nuevamente nos indica que ahora el núcleo está alimentando a este blázar”.

“El hecho de que veamos que la emisión de los lóbulos ya no está siendo alimentada desde el núcleo nos indica que se trata de emisión muy vieja que aún no se extingue, es decir, es la reliquia de actividad pasada, mientras que las estructuras ubicadas más cerca del núcleo representan jets más jóvenes y activos” finaliza.

En esta investigación participaron también los astrónomos del MAS Francisco Förster, Franz Bauer, Alejandra Muñoz y Paula Sánchez, y es una colaboración con investigadores e investigadoras además de Chile e Italia, también de México, Suiza y Alemania.