Una investigación, liderada por la Universidad de Oxford y en la que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha conseguido estudiar, por primera vez, las diminutas moléculas de polvo conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH, por sus siglas en inglés) en la región nuclear de galaxias activas luminosas. Este trabajo es uno de los primeros estudios en utilizar datos espectroscópicos del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio espacial James Webb (JWST).

El estudio de las moléculas PAH en las regiones más internas de las galaxias activas es una de las mejores maneras de estudiar la influencia del agujero negro central en la evolución de la galaxia anfitriona. En estas regiones nucleares, otras herramientas para medir la formación de nuevas estrellas, principalmente en el rango de luz visible, tienen sus limitaciones. Esto se debe a que las densas nubes de gas y polvo en el corazón de las galaxias activas impiden ver una gran parte de la luz visible. La luz infrarroja, sin embargo, prácticamente no se ve afectada por el polvo y, por tanto, permite una visión mucho más clara de la región central.

Instrumentos de última generación

“El JWST nos ofrece una oportunidad única para observar las regiones más internas de las galaxias de una manera que no ha sido posible hasta ahora", explica Ismael García Bernete, investigador de la Universidad de Oxford que ha liderado el estudio y que realizó su tesis doctoral en el IAC. “Las moléculas PAH son de especial interés porque son muy abundantes en el espacio y se encuentran entre las moléculas orgánicas más frecuentes en el Universo. Además, se las considera parte importante de los compuestos prebióticos que podrían desempeñar un papel clave en el origen de la vida”, aclara.

Los PAH son también importantes herramientas astronómicas, ya que producen bandas de emisión extremadamente brillantes en el infrarrojo cuando son iluminados por las estrellas. Esto permite a los astrónomos rastrear no sólo cómo de rápido se forman nuevas estrellas, sino también utilizarlos como barómetros sensibles de las condiciones físicas locales en el medio interestelar. Por lo tanto, estos son clave para comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias.

El equipo utilizó los instrumentos de última generación del JWST para caracterizar, por primera vez, las propiedades de los PAH en la región nuclear de tres galaxias activas. Para ello, compararon las observaciones con las predicciones teóricas para estas moléculas. Los modelos teóricos de PAH fueron desarrollados de forma coordinada entre el grupo liderado por Dimitra Rigopoulou, investigadora de la Universidad de Oxford, y el grupo de Química Física de la misma universidad.

Mientras que trabajos anteriores sugerían la destrucción de las moléculas PAH en las galaxias activas luminosas, este estudio revela que, sorprendentemente, los PAH pueden sobrevivir en las proximidades del agujero negro, incluso en presencia de fotones muy energéticos que podrían fragmentarlos. Una de las posibles explicaciones es que estos hidrocarburos están protegidos por grandes cantidades de gas en la región nuclear de la galaxia.

Nuevos datos sobre las regiones internas de galaxias activas

“Esperábamos confirmar que la presencia de un agujero negro afecta significativamente a las propiedades de las moléculas PAH, pero nos entusiasmó descubrir también que estas moléculas pueden sobrevivir incluso en estas condiciones extremadamente adversas", señala Rigopoulou. Para la comunidad científica este resultado es de una gran relevancia, especialmente para los equipos de investigación que estudian desde la formación de planetas y estrellas hasta las galaxias más distantes y débiles.

“El trabajo confirmó, no obstante, que los agujeros negros supermasivos tienen un impacto significativo en los PAH, lo que supone limitaciones en el uso de estas moléculas para medir la rapidez con la que una galaxia activa crea nuevas estrellas”, explica García Bernete. “En particular, el impacto es más fuerte en las inmediaciones del agujero negro, donde las propiedades de estos hidrocarburos son muy diferentes a las presentes a mayores distancias del núcleo galáctico activo”, añade.

“Adquirir conocimientos fiables sobre las moléculas PAH es clave, especialmente en entornos extremadamente ricos en gas y polvo donde los diagnósticos tradicionales suelen fallar debido al elevado oscurecimiento”, afirma Cristina Ramos Almeida, investigadora del IAC que ha participado en el estudio. “El siguiente paso es observar más galaxias para estudiar un conjunto representativo de la población de galaxias activas. Este es nuestro próximo objetivo dentro de la colaboración internacional GATOS (del inglés Galactic Activity, Torus and Outflow Survey). Esto nos permitirá entender mejor la idoneidad de estas moléculas para investigar la formación de estrellas en las galaxias activas y cómo depende de las propiedades del ‘monstruo’ central”, concluye.

Además del IAC, en este trabajo también han participado las siguientes instituciones españolas: Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), Observatorio Astronómico Nacional (OAN), Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC) y Universidad Complutense de Madrid (UCM).

Más información:

Nota de prensa de la Universidad de Oxford

Artículo: García-Bernete et al: “A high angular resolution view of the PAH emission in Seyfert galaxies using JWST/MRS data”, Astronomy and Astrophysics, 2022. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202244806

Contactos:

Ismael García Bernete, ismael.garciabernete [at] physics.ox.ac.uk (ismael[dot]garciabernete[at]physics[dot]ox[dot]ac[dot]uk)
Cristina Ramos Almeida, cra [at] iac.es (cra[at]iac[dot]es)
Dimitra Rigopoulou, Dimitra.Rigopoulou [at] physics.ox.ac.uk (Dimitra[dot]Rigopoulou[at]physics[dot]ox[dot]ac[dot]uk)