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El apretado disco de acreción de NGC 3147.

En el centro de las galaxias habita un agujero negro supermasivo.
Estos objetos suelen estar rodeados de un disco de materia que cae en ellos en forma de remolino. Al hacerlo, el material autofriciona, se recalienta y emite radiación de alta energía. En este proceso también se forman chorros bipolares de energía y materia muy caliente. (pdp, Primera aproximación a los chorros de materia…, https://paolera.wordpress.com/2013/12/20/primera-aproximacion-a-los-chorros-de-materia-relacionados-con-discos-de-acrecion/).
Pero esta actividad no es la misma en todos los agujeros negros supermasivos, y al parecer eso depende de la estructura de la galaxia donde reina.

En algunas galaxias espirales la actividad del agujero negro central es modesta.
Se comportan como si hubieran agotado casi todo el material que los rodea, y en lugar de tener un disco de materia su alrededor, están en el centro de una estructura de materia en forma toroidal o de rosca. Éste sería el caso de la galaxia NGC 3147 a unos 130 millones de años luz de Nosotros.

toroNGC

Ilustración de NGC 3147 publicada en Hubblesite (referencias al pie de la nota)

Como para validar esa teoría, esta galaxia fue observada y hubo una sorpresa.
Se encontraron evidencias de un disco de materia muy cercano al agujero negro central, algo que no debería estar allí según los modelos actuales. Al estar tan cerca del agujero negro, el disco gira a gran velocidad, al 10% de la velocidad de la luz. Eso se debe a que la materia gira más rápido al acercarse al agujero negro; el mismo efecto que hace que un patinador gire sobre eje más rápido cuando junta los brazos al cuerpo. La radiación que se produce no es detectable en luz visible sino en infrarrojo.
Sucede que la radiación pierde mucha energía al escapar de la gran gravedad del agujero negro supermasivo central y eso la enrojece. En otras palabras, y según la Relatividad, el agujero negro deforma el espacio en sus vecindades de tal forma que éste se estira hacia el agujero negro. La longitud de onda de la radiación siente ese estiramiento por pertenecer a la trama del espacio que está en tormo al objeto y así nos llega enrojecida.

Referencia:

Fuente:

pdp.

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El rápido nacimiento de los agujeros negros supermasivos.

Los agujeros negros supermasivos, se harían formado en un proceso de acreción extremadamente rápido.
Para poder escapar de un campo gravitatorio, es fundamental la velocidad. Los agujeros negros son regiones del espacio de donde nada puede escapar, ni la luz que es lo más veloz que se concibe. Se forman por el colapso de una estrella. Al hacerlo, la gravedad superficial aumenta ya que ésta se acerca al centro del objeto. Llega a un radio límite para el cual ni la luz puede escapar. Ahí nace un agujero negro. A partir de ese radio, la estrella puede seguir colapsando y ser menor que el agujero negro pero no lo sabremos por no poder observar dentro de esa región del espacio.

Los supermasivos, viven en el centro de las galaxias.
Conteniendo hasta miles de millones de veces la masa del Sol, los hay muy antiguos, de tan sólo mil millones de años luego del nacimiento del Universo. El colapso habitual no alcanza para formar semejante monstruo en tan poco tiempo. Así, se debió haber formado en un proceso extremadamente rápido donde se vio involucrada mucha cantidad de materia.
En ese colapso, pudo generarse radiación por aumento de la presión y temperatura que generaron reacciones nucleares. También pudieron darse detonaciones que arrojaron materia al exterior. Pero esa radiación y materia expulsada no tuvieron mucho tiempo para escapar; así, el agujero negro supermasivo habría brillado y expulsado materia en un breve período de tiempo.

Una vez formado, comenzó a asimilar todo lo que lo rodea. En sus vecindades el material que cae arremilonado autofricciona y emite radiación. Mientras, en todo este proceso, se generan chorros bipolares de materia y energía.

Ilustración crédito de Scott Woods, Western University

Más lejos, la materia capaz de escapar por su velocidad orbital en torno al agujero negro supermasivo, da origen a estrellas y se va formando una galaxia.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Primera imagen de agujero negro – El supermasivo de M87 en Virgo.

Un agujero negro, es una región del espacio donde la gravedad no deja escapar ni la luz.
La capacidad de un objeto de escapar de la gravedad de otro, radica en la velocidad de escape. Es la mínima velocidad necesaria para escapar de la gravedad del cuerpo dominante, la que es es función de dicha masa.
La máxima velocidad concebible, es la de la luz en el vacío, y de los agujeros negros no escapa ni la luz, luego, nada escapa de ellos. La única posibilidad es estar cerca, pero no dentro de su límites, y moviéndonos con la suficiente velocidad.

Dentro del agujero negro hay una gran masa comprimida donde sus partículas atómicas formaron neutrones, se la conoce como estrella de Planck (en honor al físico). Lo curioso es que la estrella de Plank puede ser menor al agujero negro que genera y no lo notaremos porque no podemos ver dentro de esa región.

En el centro de toda galaxia hay un agujero negro supermasivo.
Están rodeados de un disco de materia que cae en él en forma de remolino. Así, autofricciona, se calienta y emite radiación que puede escapar porque nace fuera de sus límites u horizonte de sucesos. Todo esto, potencia chorros de materia y energía bipolares (Primera aproximación a los chorros de materia relacionados con los discos de acreción | Pablo Della Paolera).

Si deseamos “ver” un agujero negro, preparémosnos para no verlo; sólo veremos su sombra.
Enlazando varios radio-telescopios ubicados en diferentes observatorios del Planeta, se logró hacerlos funcionar como uno solo, y por lo tanto con gran resolución, ya que ésta depende de diámetro de instrumento.

Observando con este arreglo de instrumentos a la galaxia elíptica M87 en el cúmulo de Virgo, a unos 55 millones de años luz de Casa, se logró tener imagen de su agujero negro supermasivo de unos 6500 millones de masas Solares.

Imagen del agujero negro supermasivo en M87 – Crédito: The Event Horizon Telescope (EHT).

El objeto obscuro en el centro, es la sombra o región obscura dada por el agujero negro.
Está rodeado de la energía que emite el material arremolinado en su entorno y que cae en él.
Además de que este disco tiene una cierta inclinación, se aprecia energía que viene de detrás del agujero negro.
La luz que proviene de “las espaldas” del objeto no se puede ver, pero la que proviene de esa zona y pasa cerca del agüero negro, casi hacia nosotros, es desviada como “enfocada” en nuestra dirección por la acción gravitacional del agujero negro. Así es como lo vemos rodeado de luz que proviene de detrás de él; toda energía que lo rodea sin caer en sus dominios.

Video: In the Shadow of a Black Hole. 

European Southern Observatory (ESO)

Publicado el 10 abr. 2019

Referencias:

  • eso1907 — Science Release, Astronomers Capture First Image of a Black Hole.

  • The Astrophysical Journal Letters, The Astrophysical Journal Letters: “Focus on the First Event Horizon Telescope Results”, Shep Doeleman (EHT Director) on behalf of the EHT Collaboration.

Fuentes:

  • First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole, The Event Horizon Telescope Collaboration.

  • First M87 Event Horizon Telescope Results. VI. The Shadow and Mass of the Central Black Hole, The Event Horizon Telescope Collaboration

pdp.

Otra explicación para los FRBs.

Las fulguraciones rápidas en radio-ondas (Fast Radio Burst – FRB) son eventos breves y energéticos que se manifiestan en ondas de radio.
Aparecieron como un desafío y se cree que tienen su origen fuera de la galaxia y están vinculados con objetos exóticos y masivos como agujeros negros y/o estrellas de neutrones en sistemas rodeados de materia.
De todos los FRB detectados, sólo uno, el catalogado como FRB 121102 es periódico; el resto de dio aleatoriamente sorprendiendo a los observadores.
La periodicidad de 121102, permitió “esperarlo” y observarlo desde diferentes observatorios. Así se lo ubico en una galaxia enana (pdp, 12/ene/2018, Posibles escenarios de la fuente FRB 121102, https://paolera.wordpress.com/2018/01/12/posibles-escenarios-de-la-fuente-de-frb-121102/).

Se ha detectado un segundo FRB capaz de repetirse.
Se observó que estos eventos muestran un desvanecimiento hacia menores frecuencias luego de la fulguración principal. Un modelo publicado a principios del 2019, parece explicar el origen de los FRB.
Se sugiere material en un ambiente de intenso campo magnético generado por una estrella que podría ser un magnetar (una estrella de neutrones con un potente campo magnético), aunque no necesariamente.

GRAPHIC: How fast radio bursts work

Ilustración crédito de Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

La estrella emite una llamarada de materia ionizada (partículas atómicas), como toda estrella incluso nuestro Sol, pero de gran intensidad. Esas partículas chocan con materia previamente eyectada dando origen a una onda de choque dentro del intenso campo magnético.
En este evento, las partículas interaccionan dentro del intenso campo y se origina una brusca y breve emisión en ondas de radio; aparece el FRB.
El modelo predice que ese evento transitorio termina con una disminución de la radiación a medida que también disminuye en frecuencia, cosa que se ha observado.
Esta teoría también predice que debe darse emisión en rayos gamma y en rayos X. Ahora, se está buscando este tipo de radiación que acompañe al FRB; de darse, esta teoría tendría más evidencias a su favor.

Este modelo debe enfrentarse con el que explica los FRBs como originados en la fusión de estrellas de neutrones, donde también se darían destellos gamma y X y hasta ondas gravitacionales.
Posiblemente los FRB tengan distintos orígenes y se deban a ambos motivos y hasta quizás a otros. También podrían ser que todas las fuentes de FRB sean repetitivas y que sólo sea cuestión de esperar lo suficiente.

Referencias:

Fuente:

  • arXiv:1902.01866v1 [astro-ph.HE] 5 Feb 2019, Fast radio bursts as synchrotron maser emission from decelerating relativistic blast waves, Brian D. Metzger et al.
    https://arxiv.org/pdf/1902.01866.pdf

pdp.

Posible agujero negro de masa intermedia en Sagitario.

Los agujeros negros son regiones de tan alta gravedad que ni la luz puede escapar de ellas.
En su centro, hay un objeto masivo colapsado como generador de ese tremendo campo gravitatorio.
Los hay de tipo estelar, con una masa cientos de veces la masa del Sol; y supermasivos, de millones de veces la masa de nuestra Estrella.
Entre los cientos y los millones se ubican los de miles de veces la masa del Sol; esos son los elusivos y poco descubiertos agujeros negros de masa intermedia.
Se piensa que en el centro de los cúmulos globulares (agrupación de estrellas en forma de globo) hay un agujero negro de este tipo.

Los agujeros negros emiten desde sus vecindades, de donde aún puede escapar la energía. Cuando están rodeados de materia, ésta se arremolina mientras cae en el agujero negro. En ese proceso se recalienta por autofricción y emite energía, además de alimentar unos chorros bipolares de materia y energía.
Si el agujero negro no está rodeado de materia, entonces nada tiene para que exista radiación desde sus cercanías y se mantiene inactivo y “silencioso”.
Pero otras veces, la misma materia que lo rodea impide que la radiación producida cerca de él llegue a ser observada; incluso, pueden disimularse los chorros bipolares dependiendo de la intensidad de la energía irradiada.

A unos 25 mil años luz de casa, en la dirección del centro galáctico, en la constelación de Sagitario, se observó una nube de gas con movimiento circular, como de remolino.
Esto es típico de nubes de gas sintiendo la gravedad de un objeto masivo.
Las observaciones del movimiento de esta nube, son consistentes con movimientos orbitales (Keplerianos) en torno a una masa de unas 30 mil veces la del Sol.

Ilustración crédito de NOAJ

No se detectó observacionalmente la presencia de esa masa, la que estaría contenida en una región menor a nuestro Sistema Solar.
La falta de observación y las características de ese objeto, hacen suponer que se trata de un agujero negro de masa intermedia. Por su cercanía al centro galáctico, podría terminar siendo asimilado por el supermasivo que hay en el centro de la Vía Láctea.

 

Referencia:

Fuente:

pdp.

PSO J334.2028+1.4075 no es binario después de todo.

Los núcleos galácticos activos están potenciados por agujeros negros supermasivos (ANSMs).
Estos objetos, consumen materia que los rodea y emiten chorros de materia y energía que terminan en lóbulos clientes.

El catalogado como PSO J334.2028+1.4075 (PSO 334), mostró un comportamiento en luz visible que permitió suponer que se trataba de un ANSM binario.
Las variaciones observadas en el rango óptico, no eran del todo significativas para asumir definitivamente su carácter binario. Se pensaba que se trataba de dos ANSMs orbitándose mutuamente. Esto no sería raro ya que la galaxia donde se encuentran es una elíptica a unos 10 mil millones de años luz (AL) de casa.
Estas galaxias son el resultado de la fusión entre dos espirales por lo que no sería raro que ésta tenga un ANSM binario, donde cada uno pertenecía a cada galaxia de las fusionadas.

Pero el supuesto período observado no era de características persistentes.
Los que creían en la binaridad de este núcleo galáctico activo, calculaban que la separación entre los ANSM era de apenas 0,02 AL (la estrella más cercana al Sol está a 4 AL). Esta distancia equivale a unos 7 días luz por lo que los instrumentos ópticos no podía resolver la imagen de los dos objetos. Luego la fusión de ambos ANSMs era inminente y se calculaba que se produciría dentro de 7 a 20 años. Luego, estaba la posibilidad de observar una fusión de ANSMs en el momento en que se produzca con la consabida radiación de ondas gravitatorias.

Las observaciones en Rayos X no mostraban un escenario consistente con un ANSM binario.
Las realizadas en Radio-ondas mostraban una estructura compacta con dos chorros y lóbulos más alejados. Lo curioso era que había un ángulo de casi 40º entre la dirección de los chorros y la posición de los lóbulos.
Eso podría ser el resultado de un ANSM orbitando a otro en el centro de un disco simple de materia.

Cuando dos emisiones de energía (luz) parten de diferentes lugares del mismo objeto, éstas pueden interferirse. Así, con técnicas de interferometría, se pueden obtener datos del objeto emisor.

pso334

Imagen de los contornos de energía de PSO 334 publicado en el trabajo de P. Benke et al. 

Sometiendo a observaciones interferométricas a este núcleo galáctico, se confirmó la estructura observada en Radio y más. Los chorros no mostraban una forma helicoidal típica de chorros que precesan debido a un ANSM binario.
Luego, PSO 334 muestra puntos calientes dados por los lóbulos desviados de los chorros de materia por interacción con material denso vecino como en el caso de la radio-galaxia 4C 41.17.
Finalmente PSO 334 no se es un ANSM binario.

Referencias:

Fuente:

  • arXiv:1902.07433v1 [astro-ph.GA] 20 Feb 2019, The rise and fall of a binary AGN candidate: the story of PSO J334.2028+1.4075, P. Benke et al.
    https://arxiv.org/pdf/1902.07433.pdf

pdp.

¿Y las estrellas ultramasivas?

La detección de ondas gravitacionales abre una nueva ventana en la Astronomía.
Estas ondas se producen en un evento donde intervienen objetos masivos.
Cuando dos objetos se orbitan mutuamente en un sistema binario, emiten ondas gravitatorias o gravitacionales. La amplitud de esas ondas depende de las masas involucradas. Su frecuencia, depende de la frecuencia orbital del sistema binario.
Si los cuerpos comienzan a precipitarse, a medida que se acercan aumentan su velocidad orbital. Eso se debe a lo que se conoce como conservación del momento angular, el mismo principio por el que un patinador gira más rápido o más lento a medida que acerca o aleja los brazos del cuerpo.
De esta manera, la frecuencia de las ondas gravitatorias aumenta a medida que los cuerpos se acercan, y la onda llega a su máximo de intensidad cuando ambos, finalmente, chocan y se fusionan.

LIGO ( https://www.ligo.caltech.edu/) y Virgo (https://www.ego-gw.it/public/about/whatis.aspx), son dos sistemas detectores de ondas de este tipo.
Por el momento, detectan las producidas por fusiones de objetos masivos. Toda fusión de estrellas binarias produce ondas gravitatorias, pero nuestros sistemas aún no llegan a detectar a las producidas por fusión de estrellas de baja masa por un tema de sensibilidad. Así es cómo, por ahora, detectamos las relacionadas con la fusión de objetos de mayor masa.
Hasta fines del año 2018, se han detectado 11 ondas gravitacionales. De ellas, sólo una está relacionada con la fusión de estrellas de neutrones con masas de 1,5 y 1,3 masas Solares respectivamente. El resto corresponde a fusiones de agujeros negros, y acá aparecen los datos curiosos.

La detección relacionada con la fusión de las mayores masas corresponde a agujeros negros de 50,6 y 34,3 masas Solares. Es decir que no se detectaron eventos relacionados con agujeros negros mayores a las 50 masas Solares, ¿por qué…?
Puede ser que los agujeros negros más masivos que 50 masas Solares no suelan estar en sistemas binarios. También, podría ser que no sean muy comunes, por eso no se los encuentra en sistemas binarios. Luego, las estrellas ultramasivas que los generan no serían muy comunes, al menos en sistemas binarios.

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En el gráfico se muestran las masas involucradas en las detecciones en unidades de masas Solares.
Se han detectado masas mayores a las medidas con anterioridad por otros métodos, tales como observaciones en Rayos X mostradas en color violeta.
En azul se grafican las masas involucradas en la fusión de agujeros negros detectadas por LIGO y Virgo; nótese que ninguna supera las 50 masas Solares.
En amarillo se muestran las masas de estrellas de neutrones. Finalmente se señala en color anaranjado las masas de la binaria de neutrones que se fusionó dando origen a la única detección de ese tipo hasta ahora.

¿Qué pasa con la detección de fusiones de agujeros negros supermasivos?
Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros centrales supermasivos se orbitan mientras van precipitando entre sí, hasta que finalmente de fusionan. Según sea la rotación (spin) de los involucrados, el agujero negro resultante puede quedar en el centro de la galaxia resultado de la fusión, o puede salir despedido como agujero negro en retroceso.
En ambos casos se producen tremendas ondas gravitatorias.
Si observamos galaxias resultantes de una fusión y hay evidencias de agujeros negros en retroceso, como por ejemplo B3 1715, aparentemente expulsado de ZwCl 8183 (pdp, 23/mar./2017, Un agujero negro en retroceso, https://paolera.wordpress.com/2017/03/23/un-agujero-negro-en-retroceso-viajero/), ¿por qué no detectamos esas ondas que debieron producirse?

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Imagen publicada en el trabajo de J. J. Condon et al.. La Cruz señala el centro de la galaxia y el círculo señala al agujero negro solitario.

Bien, por un lado, cuando se dieron esos eventos aún no disponíamos de los sistemas detectores de ondas gravitatorias. En realidad no teníamos la Astronomía que Hoy tenemos y en particular, nosotros no existíamos aún.
Por otro, si bien la fusión de galaxias es algo factible, y de hecho las galaxias crecen de esa manera, no son eventos frecuentes.
Sólo hay que esperar.

Referencia:

pdp.