Agujeros negros supermasivos que acechan en el corazón de la mayoría de las galaxias, a menudo se describen como "bestias" o "monstruos". Pero a pesar de esto, son prácticamente invisibles. Para demostrar que están ahí en absoluto los astrónomos suelen tener que medir la velocidad de las nubes de gas que orbitan esas regiones.

Pero estos objetos a veces pueden hacer sentir su presencia a través de la creación de potentes chorros, que transportan tanta energía que pueden eclipsar toda la luz emitida por las estrellas de la galaxia anfitriona. Sabemos que estos "chorros relativistas" son dos corrientes de plasma (materia formada por partículas cargadas eléctricamente a pesar de no tener carga total), viajando en direcciones opuestas a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz.

La física que gobierna estas fuentes cósmicas, sin embargo, ha sido durante mucho tiempo un misterio. Ahora nuestro nuevo papel publicado en Astronomía de la naturaleza , ha arrojado algo de luz sobre las causas de su extraordinaria aparición.

Lo que hace que los chorros relativistas sean excepcionales es su impresionante estabilidad:emergen de una región tan grande como el horizonte de sucesos (el punto de no retorno) del agujero negro supermasivo y se propagan lo suficiente como para salir de su galaxia anfitriona mientras mantienen su forma durante un tiempo. largo tiempo. Esto corresponde a una longitud que es mil millones de veces su radio inicial; para poner esto en perspectiva, Imagine una fuente de agua que sale de una manguera de 1 cm de ancho y permanece sin interrupciones durante 10, 000km.

Una vez que los chorros se propagan a grandes distancias desde su origen, aunque, pierden su coherencia y desarrollan estructuras extendidas que a menudo se asemejan a plumas o lóbulos. Esto indica que los chorros sufren algún tipo de inestabilidad, lo suficientemente fuerte como para cambiar completamente su apariencia.

Una dicotomía de chorro

El primer chorro astrofísico fue descubierto en 1918 por el astrónomo estadounidense Heber Curtis, quien notó "un curioso rayo recto ... aparentemente conectado con el núcleo por una delgada línea de materia" en la galaxia elíptica gigante M87.

En los 1970s, dos astrónomos de la Universidad de Cambridge, Bernie Fanaroff y Julia Riley, Estudió un gran conjunto de chorros. Descubrieron que podían dividirse en dos clases:las que contienen chorros cuyo brillo disminuye con la distancia desde su origen, y los que se vuelven más brillantes en sus bordes. En general, el último tipo es unas 100 veces más luminoso que el primero. Ambos tienen una forma ligeramente diferente al final:el primero es como un penacho en llamas y el segundo se asemeja a una corriente turbulenta delgada. Exactamente por qué hay dos tipos diferentes de jets sigue siendo un área de investigación activa.

A medida que el material del chorro es acelerado por el agujero negro, alcanza velocidades de hasta el 99,9% de la velocidad de la luz. Cuando un objeto se mueve tan rápido, el tiempo se dilata - en otras palabras, el flujo del tiempo en el jet, medido por un observador externo se ralentiza según lo predicho por la relatividad especial de Einstein. Debido a esto, Las diferentes partes del jet tardan más en comunicarse entre sí, como interactuando o influyendo entre sí, mientras se alejan de su fuente. Esta, efectivamente, protege el chorro de ser interrumpido.

Sin embargo, esta pérdida de comunicación no dura para siempre. Cuando el chorro es expulsado del agujero negro, se expande hacia los lados. Esta expansión hace que la presión dentro del chorro caiga, mientras que la presión del gas que rodea al chorro no disminuye tanto. Finalmente, la presión del gas externo supera la presión dentro del chorro y hace que el flujo se contraiga al apretarlo. En este punto, las partes del jet se acercan tanto que pueden volver a comunicarse. Si algunas partes del jet se han vuelto inestables mientras tanto, ahora pueden intercambiar esta información y las inestabilidades pueden extenderse hasta afectar a todo el haz.

El proceso de expansión y contracción de los chorros tiene otra consecuencia importante:el flujo ya no es en líneas rectas sino en trayectorias curvas. Es probable que los flujos curvos sufran de "inestabilidad centrífuga", lo que significa que comienzan a crear estructuras similares a remolinos llamados vórtices. Esto no se consideró crítico para los chorros astrofísicos hasta hace poco.

En efecto, Nuestras detalladas simulaciones por computadora muestran que los chorros relativistas se vuelven inestables debido a la inestabilidad centrífuga, que inicialmente solo afecta su interfaz con el gas galáctico. Sin embargo, una vez que se han contraído debido a la presión externa, esta inestabilidad se extiende por todo el jet. La inestabilidad es tan catastrófica que el chorro no sobrevive más allá de este punto y da lugar a un penacho turbulento.

Poniendo este resultado en perspectiva, obtenemos una mejor idea de la impresionante estabilidad de los chorros astrofísicos. También puede ayudar a explicar las dos enigmáticas clases de chorros descubiertos por Fanaroff y Riley:todo depende de qué tan lejos de su galaxia se vuelva inestable un chorro. Hicimos simulaciones por computadora de cómo se verían estos chorros basados ​​en nuestra nueva comprensión de la física de estos rayos cósmicos, y se parecen mucho a las dos clases que vemos en las observaciones astronómicas.

Hay mucho más que aprender sobre los gigantes bestias salvajes que residen en el centro de las galaxias. Pero poco a poco estamos desentrañando su misterio y demostrando que de hecho son perfectamente cumplidores de la ley y predecibles.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.