Como ya hemos leído en repetidas ocasiones en Gaveta de Astrofísica, los agujeros negros que se encuentran en el centro de las galaxias masivas parecen tener una influencia fundamental en la evolución de las mismas. Esto ocurre durante una fase en la que el agujero negro consume material de la galaxia que lo alberga a un ritmo muy elevado, haciéndose cada vez más pesado. Durante esta fase se dice que la galaxia contiene un núcleo activo o AGN (por sus siglas en inglés).Elefecto que esa actividad nuclear tiene en la galaxia anfitriona es lo que se conoce como retroalimentación del AGN, y una de sus manifestaciones es lo que conocemos como vientos: se trata de gas del centro de la galaxia que está siendo empujado hacia fuera por la energía que libera el núcleo activo. Estos vientos pueden alcanzar velocidades de hasta miles de km/s y en el caso de los núcleos activos más energéticos, como son por ejemplo los cuásares, podrían llegar a vaciar de gas el centro de las galaxias, impidiendo así la formación de nuevas estrellas. Esta regulación de la formación estelar y por tanto del crecimiento y rejuvenecimiento de las galaxias es fundamental para que los modelos y simulaciones cosmológicas puedan reproducir las observaciones correctamente.

Para el estudio de estos vientos en cuásares estamos utilizando el instrumento EMIR instalado en el Gran Telescopio CANARIAS (GTC)Gran Telescopio CANARIAS. EMIR es un instrumento desarrollado íntegramente en el Instituto de Astrofísica de Canarias que estudia los objetos más fríos y distantes del Universo analizando la luz infrarroja. Pues bien, nuestros datos infrarrojos de EMIR nos están permitiendo caracterizar los vientos de una muestra de cuásares oscurecidos. Estos se encuentran en galaxias masivas cercanas a nosotros, pero tienen prácticamente las mismas propiedades que los cuásares distantes, aquellos que ya existían unos 2000 o 3000 millones de años después del Big Bang, el instante en el empezó todo. Los cuásares en esa época eran más numerosos que hoy en día (13 700 millones de años después del Big Bang)y se supone que estaban regulando de manera muy eficaz la formación de nuevas estrellas en sus galaxias anfitrionas cuando estas aún estaban en pleno crecimiento. El objetivo de apuntar el GTC a estos cuásares cercanos es poder observarlos con un nivel de detalle que es imposible con sus parientes lejanos.

Al estar tan cerca de nosotros, las galaxias y sus cuásares se ven mucho más brillantes y podemos distinguir estructuras como barras, brazos espirales y bulbos galácticos. También podemos saber si la galaxia está en interacción con alguna otra o si lo estuvo en el pasado recientey, aún más importante para nuestro estudio, las líneas espectrales de emisión que vemos en el espectro infrarrojo cercano, gracias a las cuales podemos estudiar la composición del gas en las galaxias, no están muy desplazadas hacia el rojo, como ocurre con los objetos más distantes. Eso hace que en nuestros cuásares podamos ver líneas espectrales emitidas por gas ionizado y molecular. Estos gases están presentes en las galaxias y tienen diferente temperatura y densidad, siendo el gas molecular el más frío y denso, aunque algunas líneas trazadoras del gas ionizado se producen en entornos muy densos. Así pues, estas líneas espectrales de emisión nos permiten estudiar cómo se comportan dos fases diferentes del gas. Esto es importante porque precisamente uno de nuestros resultados con EMIR es que no siempre presentan las mismas propiedades, lo cual nos dice mucho sobre cómo se producen esos vientos y cómo afectan a sus galaxias.

Por ejemplo, recientemente hemos publicado un artículo basado enteramente en datos de EMIR sobre uno de estos cuásares, donde hemos visto que el viento de gas ionizado es más rápido que el de gas molecular, llegando a alcanzar el primero velocidades de hasta 1200 km/s. Sin embargo, según nuestras estimaciones, sería el viento molecular el que estaría vaciando las reservas de gas de la galaxia: este viento estaría arrastrando hasta 176 masas solares por año si estimamos el gas molecular total a partir del templado que podemos ver con EMIR. Este ritmo de vaciado del gas es mucho mayor que el ritmo al que la galaxia forma nuevas estrellas (el equivalente a 25 soles por año en el caso de este cuásar), con lo cualen unos cientos de millones de años el centro galáctico se quedará sin gas frío para formar nuevas estrellasy la galaxia se irá volviendo cada vez más vieja. Nuevas observaciones que hemos obtenido recientemente con el telescopio milimétrico y submilimétrico ALMA en Chile nos permitirán medir directamente las propiedades de ese gas molecular frío y confirmar nuestras estimaciones. El gas ionizado y molecular no solo se desplazan a velocidades diferentes, sino que a veces se distribuyen de manera muy distinta en las galaxias. En el caso de otro cuásar muy conocido, la galaxia Teacup (“taza de té”, por la morfología que presenta en gas ionizado y en su emisión radio, como se ve en la figura) el gas molecular se distribuye en forma de disco en rotación y el gas ionizado está siendo arrastrado hacia fuera en forma de viento.

El siguiente paso es analizar la muestra completa de cuásares oscurecidos cercanos que hemos observado con EMIR para caracterizar sus vientos ionizados y moleculares, y también investigar las poblaciones de estrellas de las galaxias anfitrionas, con el objetivo de ver si los vientos más extremos son los que han afectado más significativamente a la formación estelar. Esto nos permitiría confirmar de manera directa el efecto de la retroalimentación del AGN sobre la evolución de las galaxias.

Cristina Ramos Almeida es una astrofísica palmera experta en núcleos activos de galaxias. Estudió la licenciatura en Física y el doctorado en Astrofísica en la Universidad de La Laguna, tras lo cual disfrutó de una estancia postdoctoral en la Universidad de Sheffield, Reino Unido. Regresó a Tenerife con una beca postdoctoral del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y una beca Marie Curie de la Unión Europea. Hoy en día continúa su actividad investigadora en el IAC con un contrato Ramón y Cajal y es investigadora principal de uno de los grupos de investigación del centro.

Imagen compuesta de la galaxia Teacup, donde los colores verdes corresponden a la luz emitida por las estrellas, los azules al gas ionizado y los rojos a la emisión en radio. La energía producida por el núcleo activo está acelerando el gas ionizado, el cual llega a alcanzar velocidades de hasta 1000 km/s. La forma del gas ionizado y de la emisión radio, que recuerda al asa de una taza de té, es lo que da nombre a la galaxia. Crédito: C. Harrison, A. Thomson; Bill Saxton./ NRAO/AUI/NSF; NASA