Estudiando objetos astronómicos extremos con el Gran Telescopio Canarias

Unos de los objetos más interesantes y más estudiados por la comunidad astronómica internacional son los llamados BL Lac: galaxias que contienen un agujero negro supermasivo central de varios millones de veces la masa del Sol. Al contrario de lo que pasa en el centro de la Vía Láctea, en los objetos BL Lac el agujero negro está activo: la caída de material hacia el mismo produce una potente radiación que podemos observar. La intensidad de esta radiación es, de hecho, muchísimo mayor que la emisión de las miles de millones de estrellas que forman la galaxia anfitriona.

Los objetos BL Lac se caracterizan porque la radiación del agujero negro apunta directamente hacia nosotros y es tan poderosa que se puede detectar desde las ondas de radio, pasando por el óptico y el ultravioleta, hasta los rayos X y los rayos gamma. En general, el agujero negro se encuentra alojado en el centro de una galaxia elíptica: una galaxia bastante simple desde el punto de vista morfológico cuyo espectro muestra líneas características que nos permiten determinar su distancia. Parece imposible imaginar que en el siglo XXI y siendo los BL Lac objetos tan energéticos no conozcamos su distancia. El problema es que la luz proveniente de las estrellas de la galaxia anfitriona es, como mencionamos anteriormente, opacada por la potente radiación que es emitida por el agujero negro y que no tiene ninguna característica especial que permita determinar su distancia.

3FGL J0909.0+2310 (3FGL J0909) es el objeto de nuestras últimas observaciones con el mayor telescopio óptico del mundo: el Gran Telescopio Canarias (GTC), de 10,4 metros de diámetro, instalado en el Roque de los Muchachos en La Palma. Se trata de un BL Lac clasificado como tal en 1997 y detectado en altas energías por el satélite espacial Fermi. Es interesante destacar que, desde su descubrimiento, varios grupos han intentado sin éxito encontrar su distancia con precisión.

La espectroscopía nos permite detectar aquellos elementos químicos que se encuentran en las superficies de las estrellas y con el GTC podemos identificar estas líneas incluso en objetos tan extremos como los BL Lac. A partir de observaciones realizadas el 6 de febrero de 2016 y después de un análisis cuidadoso de los espectros obtenidos, pudimos identificar tres líneas en el espectro de 3FGL J0909. Dos de estas líneas son producidas por el calcio presente en las estrellas de la galaxia anfitriona, mientras que la tercera es el producto de una combinación de hierro y calcio. Gracias a esta identificación y teniendo en cuenta algunos conceptos importantes que afectan a nuestras medidas es posible calcular la distancia a nuestro objeto.

Nuestros resultados indican que 3FGL J0909 se encuentra aproximadamente a 7 000 millones de años luz de distancia. Como la luz que emitió este objeto tarda un cierto tiempo en viajar por el Universo y llegar a nosotros, no solamente conocemos su distancia sino además el momento en el cual se originó la emisión que ahora observamos en la Tierra. De esta forma, sabemos que el espectro que medimos fue emitido cuando el Universo era 4 000 millones de años más joven de lo que es en la actualidad y el Sol apenas se estaba empezando a formar.

Analizando imágenes ópticas, nos dimos cuenta además de que existía otra galaxia muy cercana a 3FGL J0909. Sin embargo, estas imágenes solo nos ofrecen información de la distancia proyectada: los objetos pueden parecer cercanos en la bóveda celeste pero estar realmente muy lejos uno de otro. Necesitamos conocer la distancia que nos separa de la galaxia compañera para compararla con nuestro BL Lac y decidir si realmente son objetos cercanos en el Universo. Utilizando de nuevo la técnica de identificación de líneas encontramos que no solo están cerca en el plano del cielo sino que realmente están muy cerca una de la otra, con una distancia entre ellas de aproximadamente 1/25 de la separación que existe entre la Vía Láctea y Andrómeda. Este hecho es importante ya que modelos teóricos predicen que la presencia de una galaxia cercana favorece el movimiento de gas hacia el centro. Una vez cerca del centro, este gas puede llegar a formar parte del disco de acreción que alimenta el agujero negro supermasivo produciendo la actividad central.

En resumen, gracias a las observaciones con GTC no solo medimos la distancia a 3FGL J0909 sino que además encontramos una compañera que podría ser la causante de la impresionante actividad nuclear observada en 3FGL J0909. El artículo que explica estos resultados ha sido publicado recientemente en la revista especializada en Astrofísica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y es producto de una colaboración entre investigadores del INAOE, en México, e investigadores afiliados a varios institutos en Estados Unidos y Europa, incluyendo tres astrofísicos canarios.