Estudiando movimientos de jets de AGNs con Planck

Título: Planck revealed bulk motion of Centaurus A lobes
Autores: F. De Paolis, V.G. Gurzadyan, A.A. Nucita, G. Ingrosso, A.L. Kashin, H.G. Khachatryan, S. Mir-
zoyan, G. Yegorian, Ph. Jetzer, A. Qadir, D. Vetrugno
Institución del primer autor: Università del Salento
Status: Aceptado por Astronomy & Astrophysics

Muchos hemos oído hablar en los últimos años del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea. Gracias a el, tenemos los mapas más detallados hasta ahora del cielo en microondas. Su objetivo era estudiar la radiación de fondo de microondas (CMB) remanente del Big Bang y así poder fijar algunos parámetros cosmológicos. Sin embargo, es común en astrofísica que alguien reutilice datos que originalmente eran para estudiar un tema y les encuentre una nueva aplicación en otro muy diferente al original. Es el caso de éste estudio, en el que se han utilizado los datos de Planck para estudiar el movimiento de los lóbulos de la galaxia Centaurus A.

Centaurus A (NGC 5128) (Fig. 1) es una galaxia elíptica casi lenticular, muy estudiada porque es también la galaxia con núcleo activo (AGN) más cercana a nosotros (3,8 Mpc). Esto ha permitido que pueda analizarse con un detalle que no es posible en otros AGN. Centaurus A presenta unas estructuras gigantes en forma de lóbulos de unos 300 kpc cada uno, que salen a ambos lados del disco galáctico perpendiculares a éste, y presentan una fuerte emisión en ondas de radio (y en otras longitudes de onda como rayos X), producto de los jets (chorros) que emite el AGN. Los autores han utilizado los datos en microondas de Planck para estudiar el movimiento del gas en estos lóbulos.

Figura 1: La galaxia Centarurs A, captada por el telescopio óptico de 2,2 metros de La Silla (ESO), con los lóbulos gigantes vistos por el observatorio de rayos X Chandra (Nasa).

Diferencias de temperatura

Figura 2: Los campos de Planck estudiados donde se encuentran los lóbulos norte y sur. El círculo externo tiene un radio de 5 grados alrededor del núcleo de NGC 5128 (punto negro). Figura 1 del artículo.

La emisión en microondas es interpretada como una medida de la temperatura de los lóbulos. Se tomaron dos regiones del cielo que contienen a cada uno de los lóbulos gigantes (norte y sur) hasta unos 5 grados alrededor del núcleo de la galaxia, en las frecuencias 70, 100 y 143 GHz (ver Fig. 2). Se encontró una diferencia de temperatura entre ambos lóbulos, siendo ésta mayor en el lóbulo norte. La figura 3 muestra el exceso de temperatura del lóbulo norte respecto al sur (en azul) para cada una de las frecuencias. Para asegurarse que éste exceso es  realmente debido a los lóbulos y no al fondo, se hizo un promedio de la diferencia de temperatura para ambas latitudes galácticas en puntos separados por un grado de longitud galáctica en todo el cielo (color marrón). Como vemos para 70 GHz el exceso de temperatura del lóbulo norte respecto al sur es mucho mayor que el del promedio del cielo para esas  mismas latitudes Galácticas; para las otras dos frecuencias, incluso la diferencia de temperatura del fondo del cielo entre el norte y el sur  se invierte. Esto nos asegura que el exceso que vemos es realmente una diferencia de temperatura entre los lóbulos.

Figura 3: Diferencias de temperatura entre el lóbulo norte y el sur (azul) y el promedio del cielo para las mismas latitudes (marrón) para cada una de las tres frecuencias de Planck analizadas. Figura 2 del artículo.

Movimiento en los lóbulos

Los autores encontraron que el lóbulo norte es substancialmente más caliente que el sur y que esta diferencia de temperatura disminuye con la distancia al centro galáctico. Para explicar esto proponen que pueden estar funcionando diferentes mecanismos físicos en mayor o menor medida, sin embargo están convencidos que la mayor parte puede explicarse como un efecto de la orientación de los lóbulos respecto a nuestra línea de visión: el lóbulo del norte se dirige hacia nosotros y el lóbulo del sur se aleja. Además hay una componente Doppler debida a un movimiento de rotación de los lóbulos respecto a un eje casi perpendicular a ellos. El efecto Doppler hace que la radiación emitida originalmente en una  frecuencia por una fuente en movimiento varíe su longitud de onda al ser observada, de manera que la que proviene del material que se acerca a nosotros se observe  una longitud
de onda más corta (y por tanto sea más energética) que la que recibimos del material que se aleja de nosotros aunque  originalmente en el marco de referencia del objeto emisor tenían la misma frecuencia. Cuando un objeto gira, siempre hay un lado que se acerca al observador y uno que se aleja, y se pueden ver ambas componentes del efecto Doppler. Éste movimiento de rotación detectado parece concordar con estudios anteriores sobre el movimiento de nebulosas planetarias y cúmulos globulares en NGC 5128.

Además al analizar cada una de las frecuencias se encontró que hasta un radio de 1.5 grados del centro galáctico, la emisión es más fuerte en la frecuencia de 70 GHz y disminuye hacia la de 143 GHz, mientras que para radios mayores es al revés. Esto es una indicación de que los mecanismos de emisión de radiación en microondas de los jets son diferentes a diferentes distancias del centro de NGC 5128.

Éste trabajo (apenas el segundo en que se usa esta técnica) es una muestra de cómo se puede estudiar la dinámica de los movimientos internos de galaxias cercanas usando microondas, y cómo se puede utilizar la información ya existente del CMB para ello. Los autores incluso proponen hacer un análisis informatizado comparando catálogos de galaxias con los mapas del CMB. Una muestra de cómo en astronomía se puede encontrar un nuevo uso ingenioso para las observaciones pensadas para otros estudios.