Descubrimiento IMP de Radio Astronomía

En el corazón de un blazar  

Investigadores observan cómo un par de agujeros negros doblan el chorro en la galaxia activa DO 287

28. Enero 2022

Un equipo internacional, que incluye a varios investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, ha mapeado la galaxia activa OJ 287 con una resolución angular de 12 microsegundos de arco en el rango de radio. Esta es actualmente la resolución más alta que se puede lograr con las observaciones astronómicas. Esto fue posible gracias a la técnica de interferometría con líneas de base muy largas. Las señales de doce radiotelescopios, uno a bordo del satélite ruso Spektr-R, se combinaron. El telescopio virtual resultante tenía un diámetro de 193.000 kilómetros.

La galaxia OJ 287 se encuentra a cinco mil millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación de Cáncer. Pertenece a la clase de los llamados blazares, galaxias con un agujero negro supermasivo en su centro. Aparentemente, incluso hay dos agujeros negros ocultos en el corazón de la galaxia OJ 287. En las inmediaciones de estas trampas de gravedad, los llamados chorros (chorros de gas) emergen en dos direcciones opuestas. Estos emiten radiación que varía en fuerza.

El chorro curvo en la galaxia activa OJ 287 a partir de imágenes de radio tomadas en tres longitudes de onda y resoluciones diferentes. Arriba a la izquierda: RadioAstron a 1,3 cm de longitud de onda - un conjunto global que incluye el radiotelescopio espacial Spektr-R en órbita alrededor de la Tierra. Arriba a la derecha: el Global mm-VLBI Array a una longitud de onda de 3,5 mm. Abajo: el Very Long Baseline Array a 2 cm de longitud de onda, un conjunto de diez antenas en todo Estados Unidos. Las elipses en la parte inferior izquierda indican la resolución de la imagen en cada caso, la escala angular y lineal se muestran mediante una barra blanca horizontal en la parte inferior. El panel superior muestra una resolución récord de aproximadamente 12 micro segundos de arco, lograda cuando el radiotelescopio espacial está a 15 diámetros terrestres de distancia de los telescopios terrestres (una distancia de aproximadamente 190.000 km, correspondiente a la mitad de la distancia entre la Luna y la Tierra). Aumentar imagen
El chorro curvo en la galaxia activa OJ 287 a partir de imágenes de radio tomadas en tres longitudes de onda y resoluciones diferentes. Arriba a la izquierda: RadioAstron a 1,3 cm de longitud de onda - un conjunto global que incluye el radiotelescopio espacial Spektr-R en órbita alrededor de la Tierra. Arriba a la derecha: el Global mm-VLBI Array a una longitud de onda de 3,5 mm. Abajo: el Very Long Baseline Array a 2 cm de longitud de onda, un conjunto de diez antenas en todo Estados Unidos. Las elipses en la parte inferior izquierda indican la resolución de la imagen en cada caso, la escala angular y lineal se muestran mediante una barra blanca horizontal en la parte inferior. El panel superior muestra una resolución récord de aproximadamente 12 micro segundos de arco, lograda cuando el radiotelescopio espacial está a 15 diámetros terrestres de distancia de los telescopios terrestres (una distancia de aproximadamente 190.000 km, correspondiente a la mitad de la distancia entre la Luna y la Tierra). [menos]

Las imágenes interferométricas en cuatro longitudes de onda diferentes muestran varios nodos de emisión en el chorro curvo del DO 287. Además, la curvatura del chorro aumenta con el aumento de la resolución angular y en la dirección del origen del chorro. Esto apoya la hipótesis de un chorro "precedente" influenciado por los dos agujeros negros supermasivos en el centro de la galaxia.

El análisis de las propiedades de polarización de la radiación de radio también muestra un campo magnético predominantemente toroidal, cuasi en forma de rosquilla. A partir de esto, los investigadores concluyen que la región emisora de radio más interna está atravesada por un campo magnético helicoidal, de acuerdo con los modelos para la formación del chorro.

Las propiedades espectrales de la radiación de radio sugieren que el plasma de chorro consiste en electrones y positrones cuya energía cinética está aproximadamente en equilibrio con la energía del campo magnético. Las repetidas "inyecciones" de partículas más energéticas en el plasma del chorro perturban este equilibrio y hacen que algunas partes del chorro interno se inflamen.

La galaxia OJ 287 es una de las mejores candidatas para dos agujeros negros supermasivos que giran uno alrededor del otro en nuestro vecindario cósmico. Presumiblemente, el agujero negro secundario en este sistema se encuentra en una órbita elíptica muy estrecha y pasa a través del disco de acreción del agujero negro primario dos veces cada doce años. Esto produce, entre otras cosas, fuertes ráfagas de radiación (llamaradas).

"Una de las preguntas más importantes relacionadas con la evolución de los agujeros negros supermasivos es cómo el par puede eventualmente fusionarse", dice Andrei Lobanov del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Una vez que los dos monstruos de masa han desplazado completamente las estrellas y el gas a su alrededor, la teoría dice que la distancia entre los agujeros negros debería dejar de reducirse.

"En este punto, la radiación gravitacional entra en juego y hace que los dos agujeros negros se acerquen cada vez más hasta que finalmente se fusionen", dijo Lobanov. En el caso del DO 287, los socios en el sistema binario sospechoso están tan cerca que debería emitir ondas gravitacionales, que deberían ser detectables en un futuro próximo.

Una fracción significativa de la energía liberada a través de la materia acumulada por los agujeros negros termina en los chorros de plasma bipolares y altamente relativistas. "La estructura fina detallada observada de la región del chorro interno es ideal para probar la validez del modelo binario de agujero negro", dice Thomas Krichbaum. Además, el científico Max Planck de Bonn dice que descubrirán si la curvatura del chorro observada también puede ser causada por otros efectos, como los campos magnéticos en espiral o el espacio-tiempo giratorio cerca de los agujeros negros.

"Los resultados nos han ayudado a ampliar nuestro conocimiento de la morfología de los chorros relativistas cerca del motor central, confirmar el papel de los campos magnéticos en la base de los chorros e identificar e investigar más características para la existencia de un agujero negro binario en lo profundo del corazón de DO 287", dice Efthalia Traianou, quien hizo su doctorado en el Instituto Max Planck de Radioastronomía.

 
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