Los científicos creen haber aclarado el misterio de los brazos espirales fantasma

M106 (también conocida como NGC 4258) es una galaxia espiral situada a 32.5 millones de años luz, en la constelación Canes Venatici. Las imágenes en luz visible muestran dos prominentes brazos que emergen del brillante núcleo y se desarrollan hacia el exterior en espiral. Estos brazos están dominados por estrellas jóvenes y brillantes, que iluminan el gas presente en los brazos.

"Pero en las imágenes en rayos X y radio lo que domina la imagen son dos brazos espirales adicionales, que aparecen fantasmagóricamente entre los brazos principales", dice Andrew Wilson, miembro del grupo de la Universidad de Maryland. Estos así llamados 'brazos anómalos' están constituidos fundamentalmente por gas.

"La naturaleza de estos brazos anómalos es un viejo rompecabezas astronómico", señala Yuxuan Yang, autor principal del trabajo. Han sido un misterio desde su descubrimiento, a principios de los años sesenta".

Analizando los datos de XMM-Newton, Spitzer y Chandra el grupo ha confirmado las sospechas de que los 'brazos fantasma' son regiones de gas que están siendo intensamente calentadas por ondas de choque.

Se había sugerido previamente que los brazos anómalos consisten en chorros de partículas que están siendo eyectadas por un agujero negro súper masivo en el núcleo de M106. Pero las observaciones realizadas con el radiotelescopio Very Large Array, en Nuevo Méjico, identificaron más tarde otros dos chorros de emisión originándose en el núcleo. "Es muy improbable que un núcleo galáctico activo tenga más de un par de chorros", afirma Yang.

En 2001, investigadores de las universidad de Mariland y Carolina del Norte advirtieron que los dos chorros están inclinados 30 grados con respecto al disco. Pero si fuera posible proyectar verticalmente los chorros en el disco, se alinearían de modo casi perfecto con los brazos 'fantasma'. Partiendo de la base de que esta alineación no era casual, el grupo propuso que los chorros calientan el gas en su línea de desplazamiento, dando lugar a una especie de burbuja en expansión. Dado que los chorros están próximos al disco de M106, la burbuja calienta gas del disco y genera ondas de choque, calentando el gas a millones de grados y haciéndole así emitir en rayos X y en otras longitudes de onda.

Para poner a prueba esta idea, Yang y sus colaboradores buscaron en observaciones espectroscópicas pasadas de XMM-Newton, almacenadas en el archivo de este telescopio espacial de la ESA. Gracias a la gran sensibilidad de XMM-Newton los investigadores pudieron medir la temperatura del gas en los brazos anómalos, y también ver cómo los rayos X procedentes del gas son absorbidos durante su viaje por el material que van atravesando.

"Una de las predicciones de este escenario es que los brazos anómalos irán siendo empujados poco a poco hacia afuera del plano del disco galáctico, por el gas calentado por los chorros", dice Yang. Los espectros de XMM-Newton muestran que los rayos X se absorben más en la dirección del brazo noroeste que en la del brazo sureste. Los resultados sugieren con mucha probabilidad que parte del brazo sureste está en el lado más próximo de disco de M106, mientras que parte del brazo noroeste está en el lado más apartado.

Los científicos advirtieron que estas observaciones muestras una consistencia clara con el escenario que proponen. Y observaciones de archivo del telescopio Spitzer, de la NASA, han confirmado recientemente esta interpretación. Las observaciones de Spitzer, en longitud de onda infrarroja, muestran claros indicios de que la emisión de rayos X procedente del brazo noroeste está siendo absorbida por gas y polvo templado en el disco galáctico. Es más, las imágenes de alta resolución de Chandra indican claramente la presencia de gas golpeado por la interacción con los dos chorros.

Además de abordar el misterio de los brazos anómalos, estas observaciones han permitido a los investigadores estimar la energía presente en los chorros, y evaluar su relación con el agujero negro en el centro de M106.