Las galaxias y sus agujeros negros centrales y supermasivos están
inextricablemente unidos. Ambos crecen al mismo tiempo por razones que aún
no se comprenden. Para obtener nuevos conocimientos, Webb dirigirá su
mirada infrarroja al centro de una galaxia cercana llamada NGC 4151, cuyo
agujero negro supermasivo se está alimentando y brillando intensamente.
Al
medir los movimientos de las estrellas agrupadas alrededor del agujero negro y
compararlas con los modelos de computadora, los astrónomos pueden determinar la
masa del agujero negro. Esta medición desafiante probará las capacidades
del instrumento innovador de Webb llamado unidad de campo integral.
A primera vista, la galaxia NGC 4151 parece una espiral media. Sin
embargo, examina su centro más de cerca, y puedes ver una mancha brillante que
sobresale del brillo más suave que lo rodea. Ese punto de luz marca la
ubicación de un agujero negro supermasivo que pesa aproximadamente 40 millones
de veces más que nuestro Sol.
Los astrónomos usarán el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para
medir la masa de ese agujero negro. El resultado puede parecer una pieza
de trivia, pero su masa determina cómo un agujero negro se alimenta y afecta a
la galaxia circundante. Y como la mayoría de las galaxias contienen un
agujero negro supermasivo, aprender acerca de esta galaxia cercana mejorará
nuestra comprensión de muchas galaxias en todo el cosmos.
“Algunas preguntas centrales en astrofísica son: cómo crece el agujero
negro central de una galaxia con el tiempo; ¿Cómo crece la galaxia con el
tiempo? ¿Y cómo se afectan unos a otros? Este proyecto es un paso
hacia la respuesta a esas preguntas”, explicó Misty Bentz, de la Universidad
Estatal de Georgia en Atlanta, la principal investigadora del proyecto.
Probar el núcleo de una galaxia
Existen varios métodos para pesar agujeros negros supermasivos. Una
técnica se basa en medir los movimientos de las estrellas en el núcleo de la
galaxia. Cuanto más pesado sea el agujero negro, más rápido se moverán las
estrellas cercanas bajo su influencia gravitatoria.
NGC 4151 representa un objetivo desafiante, porque contiene un agujero
negro particularmente activo que se está alimentando vorazmente. Como
resultado, el material que gira alrededor del agujero negro, conocido como un
disco de acreción, brilla intensamente. La luz del disco de acreción
amenaza con abrumar la luz más débil de las estrellas en la región.
"Con los espejos bellamente formados de Webb y la visión aguda, 'deberíamos poder acercarnos más al
centro de la galaxia a pesar de que allí hay un disco de acreción realmente
brillante", dijo Bentz.
El equipo espera poder investigar los 1.000 años luz centrales de NGC
4151, y poder resolver movimientos estelares en una escala de unos 15 años luz.
Mil espectros a la vez
Para lograr esta hazaña, el equipo utilizará la unidad de campo
integral o IFU del espectrógrafo de nfrarrojo cercano ( NIRSpec ) de Webb . Será el
primer IFU volado en el espacio, y tiene una capacidad única.
El IFU de Webb toma la luz de cada ubicación en una imagen y la divide
en un espectro de arco iris. Para ello, emplea casi 100 espejos, cada uno
de ellos elaborado con precisión a una forma específica, todo comprimido en un
instrumento del tamaño de una caja de zapatos. Esos espejos cortan
efectivamente un pequeño cuadrado del cielo en tiras, luego dispersan la luz de
esas tiras espacialmente y en longitud de onda.
De esta manera, una sola imagen produce 1.000 espectros. Cada
espectro les dice a los astrónomos no solo sobre los elementos que forman las
estrellas y el gas en ese punto exacto del cielo, sino también sobre sus
movimientos relativos.
A pesar de la exquisita resolución de Webb, el equipo no podrá medir los
movimientos de las estrellas individuales. En su lugar, obtendrán
información sobre grupos de estrellas muy cerca del centro de la
galaxia. Luego aplicarán modelos de computadora para determinar el campo
gravitatorio que afecta a las estrellas, que depende del tamaño del agujero
negro.
“Nuestro código de computadora genera un montón de estrellas simuladas,
decenas de miles de estrellas, imitando los movimientos de estrellas reales en
la galaxia. Colocamos en una variedad de agujeros negros diferentes y
vemos qué coincide mejor con las observaciones”, dijo Monica Valluri, de la
Universidad de Michigan, co-investigadora del proyecto.
El resultado de esta técnica se comparará con un segundo que se centra
en el gas en el centro de la galaxia, en lugar de las estrellas.
"Deberíamos obtener la misma respuesta, sin importar qué técnica
usemos, si estamos viendo el mismo agujero negro", dijo
Bentz. "NGC 4151 es uno de los mejores objetivos para hacer esa
comparación".
Estas observaciones se tomarán como parte del programa de Ciencia de Lanzamiento Temprano
Discrecional del Director . El programa
DD-ERS proporciona tiempo para proyectos seleccionados que permiten a la
comunidad astronómica aprender rápidamente la mejor manera de utilizar las
capacidades de Webb, mientras que también proporciona una ciencia sólida.
El Telescopio Espacial James Webb será el observatorio de ciencia
espacial más importante del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro
sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas
y explorará las misteriosas estructuras y los orígenes de nuestro universo y
nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la
NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial
Canadiense (CSA).
Sobre el objeto
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Nombre del objeto
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NGC 4151
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Descripción del objeto
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Galaxia espiral con
núcleo galáctico activo
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Posición RA
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12: 10: 32.6
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Posición de diciembre
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+39: 24: 21
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Distancia
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62 millones de años luz
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Dimensiones
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La imagen tiene 2.4
minutos de arco (aproximadamente 440,000 años luz)
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Sobre los datos
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Descripción de los datos
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Instrumento
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WFC3 / UVIS
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Fechas de exposición
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07 dic 2015 - 18 feb 2016
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Filtros
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F350LP, F555W, F814W
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Sobre la imagen
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Información de color
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Estas imágenes son un
compuesto de exposiciones separadas adquiridas por los instrumentos WFC3 en
el Telescopio Espacial Hubble. Se usaron varios filtros para muestrear
rangos de longitud de onda estrechos. El color resulta de asignar
diferentes tonos (colores) a cada imagen monocromática (escala de grises)
asociada con un filtro individual. En este caso, los colores asignados
son: Luminosidad: F350LP Cian: F555W Naranja: F814W
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