Galaxia gigante vista en 3D

Aunque vivimos en un vasto universo tridimensional, los objetos celestes vistos a través de un telescopio parecen planos porque todo está muy lejos. Ahora, por primera vez, los astrónomos han medido la forma tridimensional de una de las galaxias elípticas más grandes y cercanas a nosotros, M87. Esta galaxia resulta ser «triaxial», o con forma de patata. Esta visión estéreo fue posible gracias a la combinación del poder del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Observatorio Terrestre WM Keck en Maunakea, Hawái.

En la mayoría de los casos, los astrónomos deben usar su intuición para determinar las verdaderas formas de los objetos del espacio profundo. Por ejemplo, toda la clase de galaxias enormes llamadas «elípticas» parecen gotas en las imágenes. Determinar la verdadera forma de las galaxias elípticas gigantes ayudará a los astrónomos a comprender mejor cómo se forman las galaxias grandes y sus grandes agujeros negros centrales.

Los científicos hicieron el gráfico en 3D midiendo los movimientos de las estrellas que pululan alrededor del agujero negro central supermasivo de la galaxia. El movimiento estelar se utilizó para proporcionar nueva información sobre la forma de la galaxia y su rotación, y también proporcionó una nueva medida de la masa del agujero negro. El seguimiento de las velocidades y la posición de las estrellas permitió a los investigadores construir una vista tridimensional de la galaxia.

Los astrónomos de la Universidad de California en Berkeley pudieron determinar con gran precisión la masa del agujero negro en el corazón de la galaxia, estimándola en 5.400 millones de veces la masa del Sol. Las observaciones del Hubble en 1995 midieron por primera vez que el agujero negro M87 tenía 2.400 millones de masas solares, lo que los astrónomos dedujeron midiendo la velocidad del gas que giraba alrededor del agujero negro. Cuando el Event Horizon Telescope, una colaboración internacional de telescopios terrestres, publicó la primera imagen del mismo agujero negro en 2019, el tamaño de su horizonte de eventos completamente negro permitió a los investigadores calcular una masa de 6 500 millones de solares. masas utilizando la Teoría General de la Relatividad de Einstein.

El modelo estéreo de M87 y la masa más precisa del agujero negro central podrían ayudar a los astrofísicos a conocer la velocidad de rotación del agujero negro. «Ahora que conocemos la dirección de la rotación neta de las estrellas en M87 y tenemos una masa actualizada del agujero negro, podemos combinar esta información con los datos del Event Horizon Telescope para restringir la rotación», dijo Chung-. Pei Ma, un investigador principal de UC Berkeley en la investigación.

Más de diez veces la masa de la Vía Láctea, M87 probablemente nació de la fusión de muchas otras galaxias. Esta es probablemente la razón por la cual el agujero negro central de M87 es tan grande: asimiló los agujeros negros centrales de una o más galaxias que tragó.

Ma, con la estudiante de posgrado de UC Berkeley Emily Liepold (autora principal del artículo publicado en el Cartas de revistas astrofísicas) y Jonelle Walsh de la Universidad Texas A&M pudieron determinar la forma 3D de M87 utilizando un nuevo instrumento de precisión montado en el telescopio Keck II. Apuntaron a Keck a 62 ubicaciones adyacentes en la galaxia, mapeando espectros de estrellas en una región de unos 70.000 años luz de diámetro. Esta región abarca los 3.000 años luz centrales donde la gravedad está dominada en gran medida por el agujero negro supermasivo. Aunque el telescopio no puede identificar estrellas individuales debido a la gran distancia de M87, los espectros pueden revelar el rango de velocidades para calcular la masa del objeto en órbita.

«Es un poco como mirar un enjambre de 100 mil millones de abejas», dijo Ma. Colectivo.

Los investigadores tomaron los datos entre 2020 y 2022, junto con mediciones anteriores de brillo estelar del Hubble M87, y los compararon con predicciones de modelos de computadora sobre cómo las estrellas se mueven alrededor del centro de la galaxia en forma triaxial. El mejor ajuste a estos datos les permitió calcular la masa del agujero negro. «Conocer la forma 3D de los ‘enjambres de abejas’ nos ha permitido obtener una medida dinámica más robusta de la masa del agujero negro central que gobierna las velocidades orbitales de las abejas», dijo Ma.

En la década de 1920, el astrónomo Edwin Hubble clasificó por primera vez las galaxias en función de sus formas. Las galaxias espirales de disco plano se pueden ver desde diferentes ángulos de proyección del cielo: frontal, oblicuo o de perfil. Pero las galaxias con «apariencia de manchas» fueron más difíciles de caracterizar. Hubble acuñó el término elíptica. Solo podían ordenarse por la magnitud de la elipticidad. No tenían polvo o gas visible en el interior para distinguirlos mejor. Ahora, un siglo después, los astrónomos tienen una mirada estereoscópica de una galaxia elíptica prototípica.