J0011+3443: a GPS compact symmetric object, gravitational lens, or dual AGN?
Nuevas observaciones multifrecuencia de VLBA de la fuente J0011+3443 con revelan una morfología de objeto simétrico compacto (GPS) con dos componentes principales y una característica de alta frecuencia, lo que favorece una clasificación GPS sobre un escenario de lente gravitacional o de AGN dual, a pesar de que este último sigue siendo una posibilidad a la espera de astrometría multiepoca.
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En lo profundo de la vasta extensión del universo, algunas galaxias no son faros silenciosos y constantes, sino motores violentos y energéticos impulsados por agujeros negros supermasivos. Cuando estos agujeros negros se alimentan, a menudo lanzan haces gemelos de partículas de alta velocidad, disparándose en direcciones opuestas como mangueras de fuego cósmico. La mayor parte del tiempo, estos haces se extienden durante miles de años luz, tallando estructuras masivas en el espacio entre las galaxias. Sin embargo, existe una clase especial y fugaz de estos objetos que son mucho más jóvenes y mucho más pequeños. Son tan compactos que caben enteramente dentro de los límites de su galaxia anfitriona, asemejándose a un diminuto faro de doble cara que acaba de ser encendido. Los astrónomos los llaman "objetos simétricos compactos". Son raros y de corta duración, ofreciendo un vistazo a los primeros momentos de la juventud violenta de una galaxia. Pero debido a que son tan pequeños y distantes, distinguirlos de otros fenómenos cósmicos —como dos galaxias separadas colisionando o una sola galaxia cuya imagen ha sido dividida por la gravedad de un objeto de primer plano invisible— es uno de los acertijos más difíciles en la radioastronomía.
Un equipo de astrónomos dirigió recientemente su atención a un objeto específico y distante conocido como J0011+3443, ubicado a unos 10 mil millones de años luz de distancia. Durante años, este objeto había sido un misterio, apareciendo como dos puntos brillantes y compactos en las imágenes de radio. Los científicos habían debatido si era un sistema de chorros doble y joven, un par de galaxias en colisión cada una con un agujero negro, o una sola galaxia cuya imagen había sido duplicada por una lente gravitacional. Para resolver esto, los investigadores utilizaron el Very Long Baseline Array, una red de radiotelescopios que se extiende a través de los Estados Unidos, para crear un mapa de alta resolución del objeto. Lo observaron en cuatro frecuencias de radio diferentes, incluyendo una frecuencia muy alta que nunca se había utilizado para estudiar este objeto antes. Al observar el objeto a través de estos diferentes "colores" de luz de radio, pudieron ver cómo cambiaban el brillo y la estructura de los dos puntos, lo que proporcionó las pistas necesarias para identificar qué era lo que realmente estaban mirando.
Las nuevas imágenes revelaron una imagen detallada de la estructura del objeto. Consiste en dos componentes principales brillantes, separados por una distancia de aproximadamente 314 pársecs, lo que equivale a unos 1,000 años luz. En la frecuencia más alta que observaron, los investigadores también detectaron una tercera característica diminuta muy cerca de uno de los puntos principales. Cuando midieron la energía de radio proveniente de todo el sistema, encontraron que esta alcanzaba su punto máximo en una frecuencia específica antes de caer abruptamente en energías más altas. Este "pico" es una firma de una fuente de radio joven que aún está creciendo y no se ha expandido todavía hacia las nubes vastas y difusas que se ven en las galaxias más antiguas. El hecho de que los dos puntos principales parecieran casi idénticos en sus espectros de radio y mantuvieran una relación de brillo constante a lo largo del tiempo sugirió que eran parte de un mismo sistema físico, en lugar de dos objetos no relacionados.
Los investigadores luego probaron las tres teorías principales contra sus nuevos datos. La idea de que el objeto fuera una lente gravitacional, donde una masa en primer plano divide la imagen de una galaxia de fondo, no se sostuvo. Si fuera una lente, las dos imágenes deberían verse muy similares en su estructura interna, pero las nuevas imágenes de alta resolución mostraron que un lado era complejo y detallado, mientras que el otro permanecía como un punto simple y no resuelto. Esta asimetría es difícil de explicar con una lente simple. La teoría de que el objeto fuera un par de galaxias en colisión, cada una con su propio agujero negro activo, también parecía poco probable. En tal escenario, se esperaría ver un núcleo brillante de espectro plano en al menos uno de los puntos, pero ninguno mostró esta característica. En su lugar, ambos puntos mostraron señales de radio de espectro empinado y de desvanecimiento, típicas de plasma antiguo que se está enfriando, en lugar de chorros frescos y energéticos.
La evidencia apunta con mayor fuerza a que el objeto es un objeto simétrico compacto, una galaxia de radio joven en sus primeras etapas. Los dos puntos brillantes son probablemente las puntas de chorros gemelos, o "puntos calientes", donde las partículas de alta velocidad chocan contra el gas circundante de la galaxia anfitriona. La ausencia de un motor central brillante en las imágenes sugiere que el agujero negro central podría ser tenue, estar oculto, o quizás los chorros ya han dejado de alimentarse, dejando tras de sí un remanente en desvanecimiento. Los investigadores encontraron que las ondas de radio que detectaron provenían de una región muy pequeña y compacta, y los niveles de energía eran consistentes con un sistema joven que aún no ha tenido tiempo de expandirse. Aunque no pueden descartar completamente la posibilidad de un sistema de doble agujero negro sin más observaciones a lo largo del tiempo, los datos actuales favorecen fuertemente la interpretación de una galaxia de radio única, joven y posiblemente de corta duración. Este descubrimiento añade una pieza crucial al rompecabezas de cómo nacen estos sistemas energéticos y cómo evolucionan en sus primeros miles de años de vida.
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