Swift halla pruebas sobre la formación de los núcleos activos de galaxias

Datos provenientes de la actual misión Swift de la NASA han ayudado a los astrónomos resolver un misterio de décadas sobre el por qué un pequeño porcentaje de agujeros negros emiten vastas cantidades de energía.

Arriba: Imágenes ópticas (en círculos) de los núcleos activos que fueron detectados por la Inspección Swift BAT de rayos-X Duros que fueron tomadas por el Telescopio Kitt Peak del Observatorio Nacional de Arizona. Crédito: NASA/Swift/NOAO/Michael Koss y Richard Mushotzky (Universidad de Maryland).

Sólo un pequeño porcentaje de agujeros negros supermasivos exhiben este comportamiento. Los nuevos hallazgos confirman que los agujeros negros se "iluminan" cuando las galaxias chocan, y los datos pueden ofrecer un indicio sobre el comportamiento futuro del agujero negro en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. El estudio será publicado en la edición del 20 de junio de The Astrophysical Journal Letters.

La emisión intensa de los centros galácticos, o núcleos, aumenta cerca de un agujero negro supermasivo conteniendo la masa de entre un millón y mil millones de veces la del Sol. Emitiendo 10 mil millones de veces la energía del Sol, algunos de estos núcleos activos de galaxias (AGN) son los objetos más luminosos en el Universo. En ellos se incluyen cuásares y blazars.

"Los teóricos han mostrado que la violencia en las fusiones de galaxias pueden alimentar un agujero negro central," dijo Michael Koss, autor principal del estudio y estudiante graduado de la Universidad de Maryland en College Park. "El estudio explica elegantemente cómo son encendidos los agujeros negros."

Hasta la inspección de rayos-X duros de Swift, los astrónomos nunca pudieron estar seguros de haber contado la mayoría de los AGN. Espesas nubes de polvo y gas alrededor de los agujeros negros en una galaxia activa, puede bloquear la luz ultravioleta, ópica y de baja energía o rayos-X blandos. La radiación infrarroja del polvo cálido cerca del agujero negro puede pasar a través del material, pero puede ser confundido con emisiones de las regiones de formación estelar de la galaxia. Los rayos-X duros pueden ayudar a los científicos detectar directamente el agujero negro energético.

Desde 2004, el Telescopio de Alerta de Explosiones (BAT) a bordo de Swift ha estado mapeando el cielo usando rayos-X duros.

Arriba: Simulación de la colisión de dos galaxias en espiral con agujeros negros en sus núcleos. Al chocar generan AGNs. Crédito: Volker Springel y Tiziana Di Matteo (Instituto Max Planck Institute para Astrofísica), Lars Hernquist (Universidad de Harvard).

"Aumentando su exposición año tras año, la Inspección Swift BAT de rayos-X Duros es el censo más grande, más sensible y más completo del cielo a estas energías," dijo Neil Gehrels, investigador principal de Swift en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard en Greenbelt, Maryland.

La investigación, que es sensible a los AGN hasta 650 millones de años luz, descubrió docenas de sistemas previamente no reconocidos.

"La inspección Swift BAT nos está dando una imagen muy diferente de los AGN," dijo Koss. El equipo encuentra que cerca de un cuarto de las galaxias BAT están en colisiones o son pares cercanos. "Tal vez 60% de estas galaxias se fusionarán en los próximos miles de millones de años. Creemos que tenemos la 'prueba clara' para AGNs iniciados por fusión que los teóricos han predicho."

Otros miembros del equipo de estudio incluyen a Richard Mushotzky y Sylvain Veilleux en la Universidad de Maryland y Lisa Winter del Centro de Astrofísica y Astronomía Espacial en la Universidad de Colorado en Boulder.

Más información:
Artículo en el sitio de la NASA

Fuente: NASA.

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Nuevo hallazgo: chorros de agujeros negros supermasivos pueden controlar la evolución de galaxias

Cada galaxia tiene agujeros negros que absorben materia y energía. Cada uno puede tener hasta diez veces la masa de nuestro Sol. Pero además hay agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias, con masas que van desde un millón hasta mil millones de veces la de nuestro Sol.

Izquierda: Composición en color de Centauro A donde se puede ver los lóbulos y los chorros provenientes del agujero negro masivo ubicado en el núcleo de la galaxia activa. Crédito: ESO/WFI (óptico); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss, entre otros (submilimétrico); NASA/CXC/CfA/R.Kraft, entre otros (rayos-X).

Cerca del 10% de este tipo de agujeros negros expulsan chorros de plasma (gas altamente ionizado) en direcciones opuestas. Al liberar esta energía cinética (de movimiento) los chorros controlan la formación de estrellas y otros cuerpos. Además, juegan un papel importante en la evolución de cúmulos galácticos, las estructuras más grandes del Universo.

Sin embargo, la formación de estos chorros es aún un misterio de la astrofísica extragaláctica.

Por dos años, Dan Evans, investigador del Instituto de Astrofísica e Investigación Spacial del MIT (MKI) ha estado comparando varias docenas de galaxias cuyos agujeros negros poseen chorros poderosos (núcleos galácticos activos, AGN) y que aunque no posean esos chorros están rodeados por discos de acreción que rotan justo fuera del horizonte de sucesos (el límite desde donde nada, ni siquiera la luz puede escapar).

Al examinar la luz reflejada en el disco de acreción de un agujero negro AGN, Evans concluyó que los chorros pueden formarse justo fuera de los agujeros negros que tienen un giro retrógrado, o que giran en sentido contrario a su disco de acreción.

Para llegar a esta conclusión, Evans y sus colegas del Centro de Astrofísica de Harvard-Institución Smithsonian, en Mssachusetts, la Universidad de Yale en Connecticut y la Universidad de Keele y la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido, analizaron los datos espectrales recogidos por el Observatorio Suzaku, un satélite japonés lanzado en 2005 en colaboración con la NASA, de un agujero negro supermasivo con un chorro ubicado a unos 800 millones de años luz en un AGN denominado 3C 33.

Aunque los agujeros negros no pueden verse, los científicos pueden determinar su tamaño, ubicación y otras propiedades al usar telescopios sensibles para detectar el calor que generan, el cual es visto como rayos-X. También pueden ver las marcas de la emisión de rayos-X del interior del disco de acreción que está ubicado cerca del borde del agujero negro, la cual se produce como consecuencia del anillo extremadamente caliente denominado corona que se encuentra sobre el disco que un observatorio como Suzaku puede detectar. Por otra parte, una porción de esta luz pasa desde la corona al disco de acreción del agujero negro y es reflejado desde la superficie del disco, produciendo una marca particular conocida como joroba de reflexión de Compton, que también es detectada por Suzaku.

Sin embargo, el equipo de Evans nunca encontró una joroba de reflexión de Compton en la emisión de rayos-X de 3C 33. Lo cual significa que no hay nada para reflejar la luz de la corona y que un disco de acreción para un agujero negro con un chorro no es posible. Los científicos creen que la ausencia se debe a la presencia de una rotación retrógrada, la cual empuja fuera de órbita a la parte más interna del material de acreción como resultado de la relatividad general, o empuje gravitacional entre las masas. Esta ausencia crea una brecha entre el disco y el centro del agujero negro que lleva a la acumulación de campos magnéticos que proveen la energía para mantener a un chorro.

Según Evans, esta investigación avanzará cuando en agosto de 2011 la NASA lance al Dispositivo del Telescopio Espectroscópico Nuclear (NuSTAR) que es de diez a cincuenta veces más sensible que la tecnología actual para los espectros y a la joroba de reflexión de Compton.

Más información:
Artículo en el MIT
Descripción de la Misión ASTRO-EII (Suzaku) en el sitio de la NASA

Fuente: MIT.

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Fermi descubre la mayor explosión de un blazar en una galaxia distante

Astrónomos pertenecientes al equipo del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, han identificado explosiones en el objeto como 3C 454.3, una galaxia activa ubicada a unos 7,2 mil millones de años luz en la constelación de Pegaso.

Como galaxia activa es excepcional: desde el 15 de septiembre empezó a mostrar erupciones y actualmente es más de diez veces más brillante de lo que era en el verano (boreal).

Izquierda: Comparación de 3C 454.3 en noviembre y diciembre de 2009. Crédito: NASA/DOE/Colaboración de Fermi LAT.

"Estamos buscando el origen de un jet (chorro) de partículas impulsado por el agujero negro supermasivo," dijo Gino Tosti en el Instituto Nacional de Física Nuclear en Perugia, Italia. "Algún cambio dentro de ese jet -no sabemos qué- es probablemente responsable de esas erupciones."

Los blazares como otras galaxias activas, emiten jets de partículas opuestamente dirigidos que viajan a velocidades cercanas a la de la luz, cuando la materia cae hacia el centro de los agujeros negros supermasivos. Lo que hace que un blazar sea tan brillante en rayos gamma es su orientación: en este caso, uno de los jets parece estar apuntando en nuestra dirección.

La mayor parte del tiempo, la fuente más brillante persistente del cielo en la banda de rayos gamma es el púlsar de La Vela, el cual está a una distancia cercana a los 1.000 años luz.

"3C 454.3 está millones de veces más lejos, pero aún así la erupción actual lo hace doblemente más brillante que el de La Vela," dijo Lise Escande en el Centro de Estudios Nucleares en Gradignam, cerca de Bordeaux, Francia. "Eso representa una increíble emisión de energía, y una que la fuente no puede sostener por mucho tiempo."

De acuerdo a Massimo Villata en el Observatorio Torino de Italia, 3C 454.3 también expulsa en longitudes de onda de radio y visible. "En luz roja, el blazar brilló por más de dos veces y media a una magnitud de 13,7, y también es muy brillante a altas frecuencias de radio."

El equipo de Fermi alerta a los astrónomos para que monitoreen el evento en la mayor cantidad de longitudes de onda como sea posible. "Es lo mejor para comprender lo que sucede dentro de ese jet," dijo Tosti.

¿Qué es un blazar?
Los blazares son objetos muy compactos asociados a un tipo especial de núcleo galáctico activo (AGN) y que emiten un jet (chorro, en inglés) relativístico, es decir, que tiene una velocidad próxima a la de la luz.

Se considera que son quásares, pero la diferencia estriba en que en este caso el jet está dirigido hacia nuestra dirección, por lo que su intensidad es mayor y su variabilidad es notable.

Los blazares se clasifican en dos grupos:
Quásares: también llamados Quásares Variables Ópticamente Violentos (OVVQ, por sus siglas en inglés). Son objetos catalogados como potentes radio galaxias.
Objetos BL Lacertae: denominados comúnmente como objetos BL Lac o BL Lacs. A diferencia de los OVVQ, son fuentes de radio débil.

Los dos grupos se encuentran asociados a galaxias elípticas gigantes.

Crédito: Universidad de Michigan.

Más información:
Sitio oficial de Fermi
Página de Fermi en la NASA

Fuente: NASA.

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