Flujos bipolares de alta velocidad en NGC 1068

• Título: HIGH-VELOCITY BIPOLAR MOLECULAR EMISSION FROM AN AGN TORUS
• Autores: Jack F. Gallimore, Moshe Elitzur, Roberto Maiolino, Alessandro Marconi, Christopher P. O’Dea, Dieter Lutz, Stefi A. Baum, Robert Nikutta, C. M. V. Impellizzeri, Richard Davies, Amy E. Kimball.
• Institución del primer autor: Dept. of Physics & Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, PA , USA.
• Estado: Publicado en Astrophysical Journal Letters

Los Núcleos Galácticos Activos (AGN por sus siglas en inglés) son unos de los objetos más interesantes del universo y su gran diversidad ha sido hasta ahora explicada por un simple modelo unificado, que se compone principalmente, de un agujero negro supermasivo, el cual acreta material a través de un disco, y un toro de polvo que puede oscurecer la emisión del disco (ver Fig. 1). Uno de los componentes cuyo origen y naturaleza no son bien entendidos es este toro de polvo y gas molecular que rodea la región activa de la galaxia. Existen dos modelos principales que los astrónomos han propuesto para explicar el toro de polvo. En el primero se entiende al toro como una estructura tipo dona estacionaria que se localiza fuera del radio de influencia gravitacional del agujero negro supermasivo central; y en la segunda, mediante un enfoque dinámico donde el toro es formado por gas procesado del disco de acrección y lanzado hacia afuera en forma de viento. La explicación de estos y otros modelos no ha sido una tarea fácil, sin embargo la radio astronomía ha dado pistas importantes acerca de la estructura y las propiedades físicas que envuelven esta componente.

Figura 1. Principales componentes del modelo unificado de AGNs.

Mirando hacia la zona del espectro electromagnético de las ondas milimétricas, sabemos que la molécula de monóxido de carbono (CO) es muy importante, debido a que es un trazador del gas molecular, además de emitir una de las líneas espectrales más intensas, y en las galaxias activas juega un papel esencial en el estudio del toro de polvo.

En este articulo los autores centran su atención en la galaxia NGC 1068. La razón es que esta galaxia soporta fuerte evidencia observacional de que contiene un núcleo activo que es oscurecido, desde nuestra línea de visión, por un anillo de material alrededor de este. Con base en esto, se realizaron observaciones con el arreglo de radiotelescopios ALMA de la emisión de CO en el núcleo de NGC 1068. Además, con ayuda de observaciones de la región nuclear de este objeto (tomadas con el arreglo de radiotelescopios VLBA) y la detección de emisión máser asociada a la molécula de agua (H₂O), se encontró evidencia fundamental que rompe el esquema de un toro de polvo estacionario.

Los contornos de CO que se muestran en el panel izquierdo de la Figura 2 representan diferentes velocidades que nos indican si el material se aleja (rojo) o acerca (azul) a nosotros. Los valores máximos de la velocidad en cada dirección se representan por los dos puntos unidos por una línea punteada. Lo que se encontró fue que los contornos azules se encuentran desplazados respecto de los rojos a lo largo de esta línea. Esta emisión es consistente con un outflow bipolar (flujo de material que sale en dos direcciones por medio de vientos) a lo largo del eje del AGN, lo que indica que el material molecular, normalmente asociado al toro de polvo, puede también alejarse de la región central.

Una evidencia adicional de que existe un outflow bipolar se encuentra en el panel derecho de la Figura 2; en esta se muestra la localización de los picos de emisión de CO y la localización de la emisión de máser. El mapa espectral muestra que diferentes velocidades predominan en regiones diferentes de la imagen, divididas por la emisión de máser. Por lo tanto, los autores también concluyen que la emisión de CO proviene de un outflow bipolar alrededor del eje del disco de acreción del AGN.

Figura 2. Panel izquierdo: contornos de velocidad donde el máximo se encuentra representado por los puntos rojo y azul. En azul se representan velocidades menores a -70 km/s y en rojo velocidades mayores a 70 km/s, es decir, se aleja o se acerca a nosotros. La línea punteada negra une las posiciones de los máximos. Panel derecho: mapa espectral de la localización de los picos de emisión de CO (círculos de colores) y la emisión máser (diamantes) representado por una banda blanca. La elipse verde en ambos páneles representa la fuente central observada con VLBA. (Figuras 1 y 2 del artículo).

Otro resultado importante es la evidencia de rotación, la cual es consistente con un disco compacto de máser de H₂O. La Figura 3 muestra el diagrama posición-velocidad para la emisión de CO y la emisión de máser. El hecho de que los puntos de la emisión máser formen un línea recta nos indica que esta emisión proviene de un anillo en el disco interno, es decir, que los puntos se encuentran a una misma distancia, pero a diferentes velocidades.

Figura 3. Diagrama posición-velocidad: los contornos representan la emisión de CO, los círculos de diferentes colores la emisión máser y en violeta la emisión esperada de las simulaciones de rotación Kepleriana alrededor de una masa central. (Figura 3 artículo original).

En el caso de la emisión de CO, son evidentes las altas velocidades alcanzadas, alrededor de 400 km/s. Para probar si la estructura de la emisión de CO en este diagrama es consistente con rotación, los autores simularon la cinemática de un disco visto de canto, basada en rotación Kepleriana alrededor de una masa central. Esta simulación representada en color violeta es muy similar a la estructura de CO, lo que da una clara indicación de la presencia de un disco en rotación. Las evidencias observacionales presentadas en este estudio, favorecen el modelo en el que el gas molecular se encuentra en un disco en rotación y es expulsado a través de un viento.