Los agujeros negros supermasivos latentes son despertados brevemente por estrellas destrozadas

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Esta imagen, tomada por Very Long Baseline Array (VLBA), muestra dos agujeros negros supermasivos, que aparecen como manchas con líneas rojas. Los agujeros negros están ubicados en el centro de una galaxia elíptica. Los colores representan diferentes pendientes espectrales en la emisión de radio, y el rojo muestra las regiones más densas que rodean los agujeros negros. El agujero negro de la derecha probablemente devoró recientemente una estrella masiva, expulsando dos chorros de alta velocidad. Los extremos de estos chorros aparecen como puntos verdes encima y debajo del agujero negro. Crédito: HL Maness/Grinnell College

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Esta imagen, tomada por Very Long Baseline Array (VLBA), muestra dos agujeros negros supermasivos, que aparecen como manchas con líneas rojas. Los agujeros negros están ubicados en el centro de una galaxia elíptica. Los colores representan diferentes pendientes espectrales en la emisión de radio, y el rojo muestra las regiones más densas que rodean los agujeros negros. El agujero negro de la derecha probablemente devoró recientemente una estrella masiva, expulsando dos chorros de alta velocidad. Los extremos de estos chorros aparecen como puntos verdes encima y debajo del agujero negro. Crédito: HL Maness/Grinnell College

Una nueva investigación sobre una misteriosa clase de galaxias conocidas como objetos compactos simétricos (CSO, por sus siglas en inglés) ha revelado que estos objetos no son exactamente lo que parecen. Las CSO son galaxias activas que albergan agujeros negros supermasivos en sus núcleos. De estos enormes agujeros negros se liberan dos chorros que viajan en direcciones opuestas a velocidades cercanas a la de la luz. Pero en comparación con otras galaxias con fuertes chorros, estos chorros no se extienden a grandes distancias, sino que son mucho más compactos.

Durante muchas décadas, los astrónomos habían sospechado que las CSO eran simplemente jóvenes y que sus aviones eventualmente viajarían a distancias mayores. Ahora, informes en tres periódicos diferentes en Diario astrofísicoun equipo de investigadores dirigido por el Instituto de Tecnología de California concluyó que las organizaciones de la sociedad civil no son jóvenes sino que viven vidas relativamente cortas.

“Estas OSC no son jóvenes”, explica Anthony (Tony) Redhead, profesor emérito de astronomía de Robinson, quien dirigió la investigación. “No se puede llamar miniatura a un perro de 12 años, aunque haya vivido una vida más corta que un humano adulto. Estas criaturas son especies distintas que viven y mueren durante miles de años, no millones”. Los años son comunes en galaxias con chorros más grandes”.

En los nuevos estudios, el equipo revisó la literatura y observaciones previas de más de 3.000 OSC candidatas, verificando que 64 eran genuinas e identificando 15 OSC adicionales. Todos estos objetos han sido observados previamente por el Very Long Baseline Array (VLBA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía, y algunos han sido observados por otros radiotelescopios de alta resolución.

Los objetos cósmicos llamados objetos compactos simétricos (CSO, por sus siglas en inglés) probablemente se forman cuando una sola estrella masiva se acerca a un agujero negro supermasivo y se desgarra. Este proceso, destacado en esta animación, da lugar a feroces chorros dipolares que duran hasta 5.000 años. Crédito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

“Las observaciones del VLBA son las más detalladas en astronomía y proporcionan imágenes con un detalle equivalente a medir el ancho de un cabello humano a una distancia de 100 millas”, dice Redhead.

El análisis del equipo concluye que las CSO protegen a los aviones durante 5.000 años o menos y luego mueren.

“Los jets CSO son muy activos pero parecen dejar de funcionar”, dice Vikram Ravi, profesor asistente de astronomía en Caltech y coautor de uno de los estudios. “Los chorros dejan de fluir desde la fuente”.

En cuanto a lo que alimenta los chorros de corta vida, los científicos creen que el culpable es un evento de perturbación de marea (TDE), que ocurre cuando una sola estrella se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo y es devorada.

“Creemos que una estrella se rompe y luego toda esa energía se canaliza en chorros a lo largo del eje alrededor del cual gira el agujero negro”, dice Redhead. “Un agujero negro gigante comienza siendo invisible para nosotros y luego, cuando devora una estrella, se produce una explosión. El agujero negro tiene combustible y podemos verlo”.

Esta ilustración muestra cómo es probable que se formen las OSC, o las OSC. Cuando una estrella masiva se acerca demasiado a un agujero negro (izquierda), es devorada. Esto hace que el agujero negro dispare un chorro dipolo ultrarrápido (centro). El jet se extiende hacia afuera y sus puntas calientes brillan con emisiones de radio (derecha). Crédito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

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Esta ilustración muestra cómo es probable que se formen las OSC, o las OSC. Cuando una estrella masiva se acerca demasiado a un agujero negro (izquierda), es devorada. Esto hace que el agujero negro dispare un chorro dipolo ultrarrápido (centro). El jet se extiende hacia afuera y sus puntas calientes brillan con emisiones de radio (derecha). Crédito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

Redhead fue el primero en sospechar que las OSC podrían recibir apoyo de las TDE en la década de 1990, pero dice que la idea ha pasado desapercibida para la comunidad científica. “La hipótesis casi quedó olvidada, porque pasaron años antes de que comenzaran a acumularse pruebas observacionales de TDE”, dice. En el momento de su hipótesis original, sólo se habían encontrado tres organizaciones de la sociedad civil.

Avance rápido hasta 2020. Redhead, que había detenido sus estudios de CSO para profundizar en varios problemas de la radioastronomía, decidió que era hora de volver a abordar el tema. Reunió a algunos colegas en Zoom y decidieron revisar la literatura y eliminar aquellas cosas que estaban mal etiquetadas como OSC. Durante los dos años siguientes, el equipo investigó a más de 3.000 candidatos a OSC, reduciendo el grupo a sólo una docena que tenía los criterios necesarios para ser una verdadera OSC.

Con el tiempo, la imagen de las CSO comenzó a surgir como una familia bastante distinta de chorros que se extinguen mucho antes que sus homólogos gigantes, como el de la muy poderosa Cygnus A, una galaxia que emite chorros extremadamente potentes que brillan intensamente en longitudes de onda de radio. . . Estos chorros se extienden a distancias de unos 230.000 años luz en cada dirección y duran decenas de millones de años. Por el contrario, los chorros CSO se extienden hasta unos 1.500 años luz como máximo y desaparecen después de unos 5.000 años.

Según los astrónomos, los chorros CSO probablemente se forman cuando un agujero negro supermasivo ataca no cualquier estrella, sino una estrella masiva.

Esta imagen, tomada por Very Long Baseline Array (VLBA), muestra el Objeto Simétrico Compacto (CSO) conocido como J1734+0926. Las manchas rojas son los extremos de una poderosa corriente dipolar que emana de un agujero negro invisible. Crédito: M. L. Lester/Universidad Purdue

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Esta imagen, tomada por Very Long Baseline Array (VLBA), muestra el Objeto Simétrico Compacto (CSO) conocido como J1734+0926. Las manchas rojas son los extremos de una poderosa corriente dipolar que emana de un agujero negro invisible. Crédito: M. L. Lester/Universidad Purdue

“Las TDE que vimos anteriormente sólo duraron unos pocos años”, dice Ravi. “Creemos que las magníficas TDE que alimentan las CSO duran mucho más porque las estrellas perturbadas son muy grandes, muy masivas o ambas cosas”.

Al analizar la diversa colección de imágenes de radio de las CSO, los investigadores dicen que pueden rastrear cómo los objetos envejecen con el tiempo, de manera muy similar a mirar un álbum de fotos de la vida de una CSO para observar cómo evolucionan sus chorros. Las CSO más jóvenes tienen chorros más cortos que están más cerca de los agujeros negros, mientras que los objetos más viejos tienen chorros que se extienden más lejos de su agujero negro.

Aunque la mayoría de los chorros mueren, los científicos estiman que uno de cada 100 durará tanto como el de Cygnus A. En esos raros casos, las galaxias probablemente se fusionarán con otras galaxias, un proceso turbulento que crea un gran espacio de galaxias. . Cantidad de combustible.

Si los hallazgos de Redhead y su equipo se confirman con observaciones adicionales, las CSO proporcionarán una forma completamente nueva de estudiar cómo las estrellas masivas en los centros de las galaxias interactúan con los agujeros negros supermasivos.

“Estos objetos son en realidad un grupo distinto con su propio origen distinto, y ahora depende de nosotros aprender más sobre ellos y cómo surgieron”, dice Redhead. “La capacidad de estudiar estos objetos en escalas de tiempo de años a décadas en lugar de millones de años ha abierto la puerta a un laboratorio completamente nuevo para estudiar los agujeros negros supermasivos y las muchas sorpresas sorprendentes e inesperadas que contienen”.

más información:
S. Kehlmann et al., Objetos simétricos compactos. I. Hacia un catálogo completo y de buena fe, Diario astrofísico (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0c56

S. Kehlmann et al., Objetos simétricos compactos. en segundo lugar. Confirmando la existencia de un grupo distinto de galaxias activas con alta luminosidad, Diario astrofísico (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0cc2

AC S Readhead et al., Objetos simétricos compactos. Tercero. La evolución de la rama de alta luminosidad y su posible conexión con eventos de perturbación de mareas. Diario astrofísico (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0c55

Información de la revista:
Diario astrofísico


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