Los investigadores observaron por primera vez la evolución de gas caliente procedente de un agujero negro activo:pudieron observar estas estructuras, recuerda mucho a las corrientes de humo producidas por las erupciones volcánicas con un detalle sin precedentes y en una escala de tiempo de cien millones de años. Crédito:Universidad de Bolonia
Un equipo internacional de investigadores, incluidos académicos de la Universidad de Bolonia y el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF), observó por primera vez la evolución de gas caliente procedente de un agujero negro activo. Pudieron mirar estas estructuras, que recuerdan mucho a las corrientes de humo producidas por las erupciones volcánicas, con un detalle sin precedentes y en una escala de tiempo de cien millones de años.
Su estudio, publicado en Astronomía de la naturaleza , se centró en el sistema Nest200047, un grupo de aproximadamente 20 galaxias a aproximadamente 200 millones de años luz de distancia. La galaxia central de este sistema alberga un agujero negro activo alrededor del cual los investigadores observaron muchos pares de burbujas de gas de diferentes edades. algunos filamentos desconocidos de campos magnéticos, y partículas relativistas en relatividad especial tan grandes como cientos de miles de años luz.
Estas observaciones fueron posibles gracias a LOFAR (LOw Frequency ARray), el radiotelescopio de baja frecuencia más grande del mundo. LOFAR puede interceptar la radiación producida por los electrones más antiguos detectables actualmente. Esta herramienta de vanguardia surge del gran esfuerzo de nueve países europeos y permitió a los investigadores "retroceder en el tiempo" a hace más de 100 millones de años y rastrear la actividad del agujero negro que se encuentra en el centro de Nest200047.
"Nuestra investigación muestra cómo estas burbujas de gas aceleradas por el agujero negro se expanden y transforman con el tiempo. De hecho, crean estructuras espectaculares en forma de hongo, anillos y filamentos similares a los que se originan en una poderosa erupción volcánica en el planeta Tierra, ", afirma Marisa Brienza, primera autora de este estudio e investigadora del Departamento de Física y Astronomía" Augusto Righi "de la Universidad de Bolonia y miembro del INAF.
Burbujas de partículas
En el núcleo de cada galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo. La actividad del agujero negro impacta de manera crucial la evolución de la galaxia y el entorno intergaláctico que la alberga. Durante años, los investigadores han estado tratando de averiguar cómo y a qué velocidad la acción de estos agujeros negros produce esos efectos.
Gas caliente proveniente del agujero negro supermasivo activo en el centro del sistema Nest200047:la actividad de un agujero negro de este tipo impacta de manera crucial la evolución de la galaxia y el entorno intergaláctico que la alberga. Crédito:Universidad de Bolonia
Cuando está activo, los agujeros negros consumen todo lo que les rodea y, en ese proceso, liberan enormes cantidades de energía. A veces, esta energía se presenta en forma de corrientes de partículas que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz y producen ondas de radio. Sucesivamente, estas corrientes generan burbujas de partículas y campos magnéticos que, por un proceso de expansión, Puede calentar y mover el medio intergaláctico que los rodea. Esto tiene una inmensa influencia en la evolución del propio medio intergaláctico y, Como consecuencia, sobre las tasas de formación de estrellas.
Este estudio propone que los agujeros negros activos tienen efectos en escalas que son hasta 100 veces más grandes que la galaxia anfitriona y que ese impacto dura hasta cientos de millones de años.
"LOFAR nos brindó una visión única de la actividad de los agujeros negros y sus efectos en el entorno que los rodea, "explica Annalisa Bonafede, uno de los autores del estudio y profesor de la Universidad de Bolonia, además de miembro del INAF. "Nuestras observaciones de Nest200047 muestran de manera crucial cómo los campos magnéticos y las partículas muy viejas aceleradas por los agujeros negros y, en consecuencia, envejecidas, juegan un papel central en la transferencia de energía a las regiones exteriores de los grupos de galaxias".
Para este estudio, Los investigadores también aprovecharon las observaciones en la banda de rayos X obtenidas con el telescopio eROSITA a bordo del observatorio espacial SRG. Los datos de rayos X permitieron a los investigadores estudiar mejor las características del medio intergaláctico que rodea las burbujas de gas emisor de radio.
Filamentos de gas
Estas observaciones provocaron otros descubrimientos inesperados:delgados filamentos de gas de hasta un millón de años luz hechos de partículas que se mueven aproximadamente a la velocidad de la luz.
Según los investigadores, estos filamentos son los remanentes de las burbujas que el agujero negro Nest200047 produjo hace cientos de millones de años y que ahora se están rompiendo y mezclándose con el medio intergaláctico. Se cree que el estudio de estas estructuras permitirá descubrir información nueva e importante sobre las características físicas de la materia intergaláctica y el mecanismo físico que regula la transferencia de energía entre las burbujas y el entorno exterior.
"En el futuro, podremos estudiar los efectos de los agujeros negros en las galaxias y el medio intergaláctico con mayor detalle. Finalmente, Podremos desvelar la naturaleza de los filamentos que descubrimos gracias a la resolución angular de LOFAR combinada con los datos de las estaciones LOFAR internacionales, "añade Gianfranco Brunetti, coautor de este estudio, astrofísico del INAF de Bolonia y coordinador italiano del consorcio LOFAR.
Telescopios
LOFAR está gestionado por ASTRON, el Instituto Holandés de Radioastronomía, y está compuesto por miles de antenas alojadas en 51 estaciones de radio repartidas por diferentes países europeos. LOFAR puede interceptar las frecuencias más bajas de ondas de radio en la Tierra (entre 10 y 240 mega-Hertz). El Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) es el jefe del equipo italiano de LOFAR y contribuye al desarrollo de una nueva generación de dispositivos electrónicos para el telescopio y del software que regula su funcionamiento.
La nave espacial SRG fue diseñada por la Asociación Lavochkin, como parte de la corporación Roskosmos y lanzado el 13 de julio, 2019 con un lanzador de protones del cosmódromo de Baikonur. El observatorio SRG fue construido con la participación del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en el marco del Programa Espacial Federal Ruso por iniciativa de la Academia de Ciencias de Rusia representada por su Instituto de Investigación Espacial (IKI). El telescopio eROSITA fue construido bajo el liderazgo del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre (MPE) y DLR. La nave espacial SRG es operada por la Asociación Lavochkin y Deep Space Network Antennae en Bear Lakes, Ussurijsk, y Baykonur financiado por Roskosmos.
Este estudio se titula "Una instantánea de las fases de retroalimentación de AGN más antiguas" y se publicó en Astronomía de la naturaleza . Es el resultado de un esfuerzo conjunto de expertos en radio, astronomía óptica y de rayos X de:Università di Bologna, INAF-IRA, INAF-OAT, INAF-IASF, ASTRON, Observatorio de Leiden, Hamburguesa Sternwarte, Universidad Federal de Kazán, Academia de Ciencias de Tartaristán, Instituto de Investigaciones Espaciales (IKI), Instituto Max Planck de Astrofísica, Universidad de Hertfordshire, DIAS, SRON, Universidad de Tokio, Observatoire de Paris (GEPI, USN), Universidad de Rhodes.
