En el centro de un quásar, un agujero negro está rodeado por un disco de acreción giratorio compuesto de polvo y gas, y hay dos chorros de plasma dirigidos de manera opuesta que emanan de él. La forma de los chorros cambia con la distancia desde el centro, y como un resultado, se parecen a los famosos pantalones acampanados. En la representación de este artista, un campo magnético retorcido y nubes de gas interestelar se pueden ver alrededor del chorro. Crédito:Daria Sokol / Oficina de prensa de MIPT
Investigadores de Rusia, Alemania, Finlandia y Estados Unidos han estudiado más de 300 cuásares, agujeros negros giratorios que producen haces de plasma. El equipo ha descubierto que la forma de estos llamados chorros astrofísicos cambia de parabólica a cónica a cierta distancia del agujero negro. que recuerda a los icónicos jeans acampanados de los años 70. Al medir eficazmente estos "pantalones cósmicos, "los investigadores tienen como objetivo interpretar el funcionamiento del motor central que acelera la materia a casi la velocidad de la luz en los centros de las galaxias activas remotas. El estudio se informa en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
Balizas del universo
Los quásares se encuentran entre los objetos más brillantes del universo, a pesar de estar a miles de millones de años luz de la Tierra. A veces se les llama balizas, y lo que nos ayudan a navegar no es solo el remoto pasado cósmico y la intrincada estructura del universo, pero nuestro propio planeta, también. Porque son tan remotos Los quásares se pueden utilizar como puntos de referencia estables en el cielo para medir la rotación de la Tierra y las coordenadas de los objetos en la superficie del planeta. Este principio subyace al GPS, GLONASS, y otros sistemas de posicionamiento.
Un quásar es tan brillante que se puede distinguir desde una distancia enorme. Como se muestra en la figura 1, alberga un agujero negro supermasivo giratorio que pesa varios miles de millones de veces más que nuestro sol. La materia alrededor del agujero negro cae sobre él, llevando un campo magnético. Las líneas de campo son similares a cables con partículas cargadas colgadas como cuentas. La Figura 2 ilustra que a medida que giran las líneas del campo magnético, el plasma se acelera a casi la velocidad de la luz. Los flujos de salida resultantes se denominan chorros astrofísicos, y es por ellos que los quásares son objetos tan deslumbrantes.
Alcanzando el cielo
Los astrónomos habían pensado anteriormente que casi todos los chorros tienen la forma de un cono estrecho, expandiéndose hacia los lados después de que abandona la región del agujero negro.
Representación esquemática de un chorro de plasma. Puede imaginar las líneas del campo magnético como hilos de alambre que sobresalen de un disco, y partículas cargadas como perlas sobre ellas. Al girar el disco, las cuentas se acelerarán y se alejarán de él. Crédito:Elena Nokhrina y Daria Sokol / MIPT
Después de observar cientos de cuásares durante dos décadas a través de una red de radiotelescopios esparcidos por todo el mundo, los autores del nuevo estudio han desafiado esta suposición. Produjeron imágenes de más de 300 chorros de cuásares monitoreados por el programa MOJAVE y realizaron un análisis automatizado de sus formas. Como resultado, el equipo descubrió 10 cuásares con chorros en forma de parábola que evolucionaban hacia conos. Esta transformación se pudo discernir debido a la relativa proximidad de los cuásares involucrados:cada uno de los 10 resultó estar "meros" millones de años luz de distancia. La "llamarada pirata" se produjo a una distancia de aproximadamente varias docenas de años luz del agujero negro.
"El mecanismo detrás de la formación y aceleración de chorros en galaxias activas remotas no se ha entendido completamente hasta ahora, sin embargo, es crucial que averigüemos cómo funcionan estos aceleradores cósmicos, ", dijo el profesor Yuri Kovalev del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) y el Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia.
"La región donde se originan los chorros es difícil de discernir. Es muy compacta, y la distancia a estos objetos es tan grande que todo se confunde. Entonces, si bien había varios modelos teóricos disponibles, no había datos de observación para contrastarlos. Nuestro estudio es el primero en informar la geometría detallada de los chorros basados en observaciones de un gran número de cuásares, "añadió el astrofísico.
Comprendiendo lo invisible
La geometría del chorro resulta de una intrincada interacción entre las fuerzas internas y externas, el campo magnético, el plasma, y el gas interestelar. Los astrofísicos encontraron una forma elegante de explicar estos factores. Un motor central que consta de un agujero negro giratorio y un campo magnético proporciona una fuente de alimentación limitada y no puede empujar partículas a velocidades cada vez más altas de forma indefinida. como un motor de cohete. Antes se sabía que el plasma se acelera fácilmente solo hasta cierto punto. Después de eso, la aceleración es tan lenta que efectivamente se detiene. Es en este punto cuando los pantalones se ensanchan.
"Estudios anteriores apuntaron al cambio en la forma del chorro de cuásar observado en algunas galaxias. Sin embargo, no llegaron a la conclusión de que fuera una propiedad de todos los cuásares y no de los objetos individuales en cuestión. Hemos fijado este efecto en las características internas de los jets, y esa explicación resultó ser clara e intuitiva, "dijo la Dra. Elena Nokhrina de MIPT.
Los científicos ahora tienen una nueva forma de evaluar la velocidad de rotación del agujero negro y dar sentido al mecanismo detrás de la formación de los chorros de plasma increíblemente enfocados y rápidos en los quásares. que son tan brillantes que son visibles a miles de millones de años luz de distancia.
