Una investigación reciente dirigida por Caltech ha redefinido los Objetos Simétricos Compactos (CSO) como objetos de vida corta, no porque sean jóvenes, sino debido a sus chorros compactos y de corta vida impulsados por eventos de perturbación de mareas, lo que ofrece nuevos conocimientos sobre su ciclo de vida y sus interacciones con objetos supermasivos. agujeros negros. Crédito: SciTechDaily.com
Las observaciones de radio de objetos simétricos compactos (CSO) proporcionan nuevas pistas sobre sus orígenes.
Una nueva investigación sobre una oscura clase de galaxias conocidas como Objetos Simétricos Compactos (CSO, por sus siglas en inglés) ha revelado que estos objetos no son del todo lo que parecen. Las CSO son galaxias activas que albergan agujeros negros supermasivos en sus núcleos. De estos monstruosos agujeros negros surgen dos chorros que viajan en direcciones opuestas casi a la velocidad de la luz. Pero en comparación con otras galaxias que cuentan con feroces chorros, estos chorros no se extienden a grandes distancias: son mucho más compactos. Durante muchas décadas, los astrónomos sospecharon que las CSO eran simplemente jóvenes y que sus chorros eventualmente viajarían a distancias mayores.
Ahora, en tres artículos diferentes publicados en The Astrophysical Journal, un equipo de investigadores dirigido por Caltech ha llegado a la conclusión de que las OSC no son jóvenes, sino que llevan vidas relativamente cortas.
Esta imagen, capturada por Very Long Baseline Array (VLBA), muestra el Objeto Simétrico Compacto (CSO) conocido como J1734+0926. Las manchas rojas son los extremos de un poderoso chorro bipolar que emana de un agujero negro invisible. Crédito: ML Lister/Universidad Purdue
Un fenómeno galáctico distinto
“Estas OSC no son jóvenes”, explica Anthony (Tony) Readhead, profesor emérito de astronomía Robinson, que dirigió la investigación. “No llamarías joven a un perro de 12 años aunque haya vivido una vida más corta que la de un humano adulto. Estos objetos son una especie distinta que vive y muere en miles de años en lugar de los millones de años que son comunes en las galaxias con chorros más grandes”.
En los nuevos estudios, el equipo revisó la literatura y observaciones pasadas de más de 3.000 OSC candidatas, verificando que 64 eran reales e identificando 15 OSC adicionales. Todos estos objetos habían sido observados previamente por el Very Long Baseline Array (VLBA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), y algunos habían sido observados por otros radiotelescopios de alta resolución. “Las observaciones del VLBA son las más detalladas en astronomía y proporcionan imágenes con detalles equivalentes a medir el ancho de un cabello humano a una distancia de 100 millas”, dice Readhead.
Esta ilustración muestra cómo se forman probablemente los objetos simétricos compactos, o CSO. Cuando una sola estrella masiva se acerca demasiado a un agujero negro (izquierda), es devorada. Esto hace que el agujero negro dispare un chorro bipolar ultrarrápido (centro). El avión se extiende hacia afuera y sus extremos calientes brillan con emisiones de radio (derecha). Crédito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF
La vida efímera de las OSC
El análisis del equipo concluye que las CSO expulsan chorros durante 5.000 años o menos y luego se extinguen. “Los chorros CSO son chorros muy energéticos pero parecen apagarse”, 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 duración, los científicos creen que la causa 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.
Esta imagen, tomada por el Very Long Baseline Array (VLBA), muestra dos agujeros negros supermasivos, que aparecen como manchas con franjas rojas. Los agujeros negros se encuentran 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. Es probable que el agujero negro de la derecha haya devorado recientemente una estrella masiva, lo que provocó que disparara dos chorros ultrarrápidos. Los extremos de esos chorros aparecen como manchas verdes encima y debajo del agujero negro. Este objeto, llamado J0405+3803, se conoce como Objeto Simétrico Compacto (CSO), porque sus chorros están relativamente cerca (o compactos), en comparación con otros agujeros negros con chorros mucho más grandes. Crédito: HL Maness/Grinnell College
Eventos de perturbación de las mareas: impulsando a las OSC
“Creemos que una sola estrella se desgarra y luego toda esa energía se canaliza en chorros a lo largo del eje alrededor del cual gira el agujero negro”, dice Readhead. “El agujero negro gigante comienza siendo invisible para nosotros y luego, cuando consume una estrella, ¡boom! El agujero negro tiene combustible y podemos verlo”.
Los objetos cósmicos llamados Objetos Simétricos Compactos (CSO, por sus siglas en inglés) probablemente se forman cuando una sola estrella masiva se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo y se hace trizas. El proceso, destacado en esta animación, da como resultado feroces chorros bipolares que duran hasta 5.000 años. Crédito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF
Readhead sospechó por primera vez que las OSC podrían ser impulsadas por TDE allá por la década de 1990, pero dice que la idea pasó en gran medida desapercibida para la comunidad científica. “La hipótesis quedó prácticamente olvidada porque pasaron años antes de que comenzaran a acumularse pruebas observacionales de las EDT”, afirma. En el momento de su hipótesis original, sólo se habían encontrado tres OSC.
Redescubriendo y definiendo las OSC
Avance rápido hasta 2020. Readhead, que había pausado sus estudios sobre las CSO para profundizar en diferentes problemas de la radioastronomía, decidió que era hora de volver a abordar el tema. Reunió a algunos de sus colegas en Zoom y decidieron revisar la literatura y eliminar los objetos que habían sido clasificados erróneamente como OSC. Durante los dos años siguientes, el equipo investigó a más de 3.000 candidatos a OSC, reduciendo el grupo a sólo docenas que cumplían los criterios para ser OSC reales.
Al final, comenzó a surgir una imagen de las CSO como una familia completamente distinta con chorros que se extinguen mucho antes que sus gigantescos hermanos, como los de la extremadamente poderosa Cygnus A, una galaxia que dispara chorros extremadamente poderosos 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 se extinguen en unos 5.000 años.
Tony Readhead. Crédito: Caltech
Una nueva vía para el estudio galáctico
Según los astrónomos, los chorros CSO probablemente se forman cuando un agujero negro supermasivo se alimenta no de cualquier estrella, sino de una importante.
“Las TDE que hemos visto anteriormente sólo duraron unos pocos años”, dice Ravi. “Creemos que las notables TDE que impulsan a las CSO duran mucho más porque las estrellas perturbadas son de tamaño muy grande, muy masivas o ambas cosas”.
Al analizar la variada colección de imágenes de radio de CSO, los investigadores dicen que pueden rastrear cómo los objetos envejecen con el tiempo, casi como mirar un álbum de fotos de la vida de un CSO para observar cómo evolucionan sus chorros. Los 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 se extinguen, los científicos estiman que uno de cada 100 llegará a tener una vida larga como los de Cygnus A. En esos raros casos, es probable que las galaxias se estén fusionando con otras galaxias, un proceso turbulento que proporciona una gran cantidad de combustible.
Si los descubrimientos de Readhead y su equipo se confirman con observaciones adicionales, las CSO brindarán una vía completamente nueva para estudiar cómo las estrellas masivas en los centros de las galaxias interactúan con los agujeros negros supermasivos.
“Estos objetos son de hecho una población distinta con su propio origen distinto, y ahora nos corresponde a nosotros aprender más sobre ellos y cómo surgieron”, dice Readhead. “Poder 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 inesperadas e impredecibles que contienen”.
Los tres estudios son: “Objetos simétricos compactos – I Hacia un catálogo completo y auténtico”, “Objetos simétricos compactos – II Confirmación de una población distinta de galaxias activas expulsadas por chorros de alta luminosidad” y “Objetos simétricos compactos – III Evolución de la alta -Rama de luminosidad y una posible conexión con eventos de alteración de las mareas.
Referencias:
“Objetos Simétricos Compactos. I. Toward a Comprehensive Bona Fide Catalog” por S. Kiehlmann, ML Lister, AC S Readhead, I. Liodakis, Sandra O’Neill, TJ Pearson, Evan Sheldahl, Aneta Siemiginowska, K. Tassis, GB Taylor y PN Wilkinson, 31 Enero de 2024, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad0c56
“Objetos Simétricos Compactos. II. Confirmación de una población distinta de galaxias activas con chorros de alta luminosidad” por S. Kiehlmann, ACS Readhead, S. O’Neill, PN Wilkinson, ML Lister, I. Liodakis, S. Bruzewski, V. Pavlidou, TJ Pearson, E. Sheldahl, A. Siemiginowska, K. Tassis y GB Taylor, 31 de enero de 2024, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad0cc2
“Objetos Simétricos Compactos. III. Evolución de la rama de alta luminosidad y una posible conexión con los eventos de alteración de las mareas” por AC S Readhead, V. Ravi, RD Blandford, AG Sullivan, J. Somalwar, MC Begelman, M. Birkinshaw, I. Liodakis, ML Lister, TJ Pearson, GB Taylor, PN Wilkinson, N. Globus, S. Kiehlmann, CR Lawrence, D. Murphy, S. O’Neill, V. Pavlidou, E. Sheldahl, A. Siemiginowska y K. Tassis, 31 de enero de 2024, The Revista Astrofísica.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad0c55
Los estudios fueron financiados por la NSF, la NASA, Caltech, el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, y el Consejo Europeo de Investigación.
2024-04-01 22:55:50
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