Aportan nuevos datos sobre los chorros de partículas emitidos desde los blazars

Blazar

La revista Nature publica este jueves un artículo que aporta nuevos datos sobre los “chorros” de partículas emitidos desde las galaxias blazars, aquellas que tienen un agujero negro supermasivo en su centro. El trabajo revela que la mayor parte de la luz del chorro (rayos gamma, la fuente de luz más energética del universo) se crea más lejos de lo que se pensaba.

Un equipo de investigadores internacional ha demostrado por primera vez que tanto la luz óptica como los rayos gamma del chorro de partículas se crean en el mismo lugar, lo que ha permitido a los científicos determinar dónde se generan los rayos gamma. La investigación también aporta datos para comprender mejor cómo la energía escapa de un agujero negro, según se publica esta semana en la revista Nature.

El estudio está liderado por el Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología (EEUU) e incluye datos de más de 20 telescopios, entre ellos el telescopio KANATA en Japón, Roque de los Muchachos y Calar Alto (CSIC- Max Planck) en España, y el telescopio espacial Fermi. La participación española corre a cargo de investigadores del Instituto de Ciencias del Espacio, centro del CSIC en Barcelona.

Los blazars son galaxias que tienen en su centro un agujero negro supermasivo alrededor del que se genera un disco de acreción (disco que rodea a un objeto central masivo y lo alimenta, siendo atraído por éste y contribuyendo a su aumento de masa). Conforme la materia del disco “cae” hacia el agujero negro, alimentándolo, una parte de su energía se proyecta hacia el universo en forma de chorro de partículas. A pesar de su importancia, ya que son los mayores aceleradores de partículas del universo, estos chorros son relativamente desconocidos y se sabe muy poco sobre su estructura y sobre cómo y dónde se producen.

Ventaja de observar en varias longitudes de onda

La nueva perspectiva sobre los chorros se ha realizado gracias a las observaciones registradas simultáneamente con varias longitudes de onda en el blázar o galaxia activa 3C 279. Los resultados restringen el origen de la fuerte radiación procedente de esta galaxia e ilustran las ventajas de supervisar de forma continua tales objetos a lo largo y ancho de todo el espectro electromagnético.

Los blázares, como 3C 279, emiten radiación variable y fuerte en todas las longitudes de onda observables, cuyo origen se halla en un chorro que se mueve con una velocidad próxima a la de la luz y que apunta hacia las proximidades de la Tierra.

Hasta ahora los detalles sobre este proceso, incluyendo la localización del origen de la región de emisiones, no se conocen bien, con estimaciones para la distancia del agujero negro central de la galaxia variando entre las horas luz y los años luz.

El trabajo, coordinado por el investigador Grzegorz Madejski de la Universidad de Stanford (EE UU), aborda esta cuestión utilizando datos obtenidos por el telescopio de rayos gamma Fermi, recientemente lanzado, y los otros satélites y telescopios que abarcan todo el espectro situado entre los rayos X y las ondas de radio.

A lo largo de un programa de supervisión que duró un año, los autores “pescaron in fraganti” a la galaxia 3C 279 durante el preciso instante de la emisión de un haz de potentes rayos gamma, que coincidió con un cambio radical en el ángulo de polarización de la emisión óptica del objeto.

El hecho de que ambos sucesos tuviesen lugar con tanta proximidad parece indicar que los rayos gamma y la emisión óptica tienen origen en la misma región y los autores concluyen que dicha región se encuentra probablemente situada al menos a un año luz de distancia del agujero negro.


Referencia bibliográfica: Fermi-LAT Collaboration. “A change in the optical polarization associated with a c-ray flare in the blazar 3C 279”. Nature 463, 18 de febrero de 2010.

Fecha Original: 17 de febrero de 2010
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Comments (3)

  1. Seguramente los lectores disfrutarán con la espectacular figura http://www.nature.com/nature/journal/v463/n7283/fig_tab/463886a_F1.html
    aparecida en Andy Young “Astrophysics: Cosmic jet engines,” News & Views, Nature 463, 886-887 (18 February 2010).

  2. Cuando se habla de agujeros negros y los extraños fenómenos que en ellos se puedan producir, hay que estar muy atentos. Estos exóticos objetos cosmológicos que fueron predichos por Schwarzschild a partir de las ecuaciones de campo de la Relatividad General de Einstein, aunque llevan cerca de un siglo en la mente de muchos, no son todos los que han podido asimilar la cantidad de cuestiones que en ellos y referente a ellos se producen y surgen de las mentes de los físicos.

    Los agujeros negros nos darán muchas sorpresas que, ni podemos imaginar. Lo que muchos no saben es, por ejemplo que, la primera sugerencia de que los agujeros negros podían radiar procedió del Físico Yakoc Borisovich Zel´dovich (amigo de Kip S. Thorne, experto en agujeros negros).

    Zel´dovich, con sus ojos brillantes por la emoción, le explicó a Thorne: “Un agujero negro en rotación debe radiar. La radiación que sale del agujero ejercerá una reacción sobre el agujero y poco a poco frenará su rotación hasta que la detendrá. Cuando la rotación haya desaparecido, la radiación se detendrá y a partir de entonces el agujero vivirá para siempre en un estado sin rotación perfectamwente esférico”.

    Zel´dovich explicó su razonamiento: “una esfera en rotación emite radiación electromagnética y, análogamente, un agujero negro en rotación emitirá ondas gravitatorias”.

    Pero vamos al artículo que nos ocupa, sin la ecuación de Kerr a las ecuaciones de Einstein y la idea de que los agujeros negros gigantes podían activar los cuásares y las radiogalaxias fue concebida por Edwin Salpeter y el antes mencionado Zel´dovich allá por el año 1964. Cuandoi los agujeros negros giran rápidamente se comportan como un giróscopo.

    En los años ochenta, los astrofísicos advirtieron que el objeto emisor de luz brillante en el centro de 3C273 , el objeto de un tamaño de 1 mes-luz, era probablemente el disco de acreción calentado por la fricción de Lindoll Bell que, debido a su enorme velocidad cercana a la de la luz, llega a adquirir una energía gravitatoria enorme, mucho mayor que la energía nuclear y esto, hace que el disco se caliente y brille mucho más de 100 veces lo que puede iluminar la propia galaxia.

    Desde Keer, los astrónomos entendieron una explicación clara y elegante y, por primera vez, el concepto de agujero fue adoptado como algo dinámico más que como un “simple agujero en el espacio”, y, desde entonces, empezó a jugar un papel importante en el estudio de los astrónomos sobre estos objetos extraños.

    ¿Que intensidad tendrá el remolino del espacio cerca del agujero gigante? En otras palabras, ¿cuál es la velocidad de rotación de los agujeros gigantes? James Bardeen dedujo la respuesta: demostró matemáticamente que la acreción de gas por el agujero debería hacer que el agujero girase cada vez más rápido. Cuando el agujero hubiera engullido suficiente gas en espiral para duplicar su masa, el agujero debería estar girando casi a su velocidad máxima posible, la velocidad más allá de la cual la fuerza centrífuiga impide cualquier aceleración adicional. De este modo, los agujeros negros gigantes deberían tener típicamente momentos angulares próximos a su valor máximo.

    ¿Como pueden un agfujero negro y su disco dar lugar a dos chorros que apuntan en direcciones opuestas? De una forma sorprendentemente fácil, reconocieron Blandford, Rees y Lynden-Bell en la Universidad de Cambridge a mediados de los 70. Hay cuatro formas de producir chorros; cualquiera de ellas funcionaria.

    Como sería engorroso detallar las cuatro, me limitaré a la cuarta que es la que muestra más interés: El agujero es atravesado por la línea de campo magnético cuando el agujero gira arrastra las líneas de campos que lo rodean, haciendo que desvíen el plasma hacia arriba y hacia abajo para formar dos chorros.

    Parece casi seguro que los cuásares no son muy diferentes de las radiogalaxias; sus máquinas centrales también están rodeadas de una galaxia de estrellas de un tamaño de 100 000 años-luz. Sin embargo, en un cuásar el agujero negro central está alimentado a un ritmo especialmente elevado por el gas en acreación y, consiguientemente, el calentamiento friccional del disco es también elevado.

    La región más interna del disco está tan caliente que emite rayos X; un poco más lejos, el disco está más frío y emite radiación ultravioleta; aín más lejos está más frío todavía y emite radiación optica (luz); y en su región más externa está incluso más frío y emite radiación infrarroja. La región emisora de luz tiene típicamente un tamaño de aproximadamente 1 año-luz, aunque en algunos casos, como en 3C273, puede ser de 1 mes luz o más pequeña, y por ello puede variar en brillo durante períodos tan cortos como un mes. Gran parte de la radiación de rayos X y luz ultravioleta emitida desde las regiones más internas golpean y calientan las nubes de gas que están a varios años-luz del disco.

    Esto de se hace largo y, si quieren saber más sobre el tema, os recomiendo leer el libro de Kip S. Thorne: Agujweros Negros y Tiempo Curvo.

    Buenas noches amigos.

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