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Las misteriosas burbujas de radio que rodean un agujero negro supermasivo

Un nuevo estudio revela información sobre misteriosas burbujas de radio que rodean un agujero negro supermasivo. (Crédito de la imagen: NASA Chandra X Ray Observatory y Green Bank Observatory de la NSF).

El Telescopio Green Bank (GBT) de la Fundación Nacional de Ciencias ha revelado nueva información sobre misteriosas burbujas de radio que rodean un agujero negro supermasivo.


En un nuevo artículo que estudia el cúmulo de galaxias MS0735, “Estamos viendo uno de los estallidos más energéticos jamás vistos de un agujero negro supermasivo”, dice Jack Orlowski-Scherer, autor principal de esta publicación, “Esto es lo que sucede cuando alimentas un agujero negro y eructa violentamente una cantidad gigante de energía”. En el momento del estudio, Jack era un estudiante graduado en la Universidad de Pensilvania y ahora es investigador en la Universidad McGill en Montreal, Quebec.

Los agujeros negros supermasivos se encuentran en las profundidades de los centros de las enormes galaxias en el corazón de los cúmulos de galaxias. Las atmósferas llenas de plasma de los cúmulos de galaxias son increíblemente calientes, alrededor de 50 millones de grados centígrados, pero estas temperaturas cálidas generalmente se enfrían con el tiempo, lo que permite que se formen nuevas estrellas. A veces, el agujero negro recalienta el gas que lo rodea a través de violentos estallidos que salen de su centro, evitando el enfriamiento y la formación de estrellas, en un proceso llamado retroalimentación.

Estos poderosos chorros tallan inmensas cavidades dentro del medio del cúmulo caliente, empujando ese gas caliente más lejos del centro del cúmulo y reemplazándolo con burbujas emisoras de radio. Desplazar un volumen tan grande de gas requiere una enorme cantidad de energía (varios por ciento de la energía térmica total en el gas del racimo), y comprender de dónde proviene esta energía es de gran interés para los astrofísicos. Al aprender más sobre lo que queda detrás de llenar estas cavidades, los astrónomos pueden comenzar a deducir qué las causó en primer lugar.


Las observaciones del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA (imagen izquierda) y del instrumento MUSTANG-2 de GBO (imagen derecha) muestran claramente las enormes cavidades (resaltadas con círculos grises) excavadas por los poderosos chorros de radio (contornos verdes) expulsados del agujero negro en el centro del cúmulo de galaxias MS0735. Los contornos verdes en ambas imágenes provienen de observaciones realizadas por el back-end VLA Low-band Ionosphere and Transient Experiment (VLITE) del Laboratorio de Investigación Naval utilizado en el Very Large Array (VLA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO). Crédito: NASA Chandra X-Ray Observatory y NSF’s Green Bank Observatory

El equipo de astrónomos utilizó el receptor MUSTANG-2 en el GBT para obtener imágenes MS0735 utilizando el efecto Sunyaev-Zeldovich (SZ), una sutil distorsión de la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) debido a la dispersión por electrones calientes en el gas del cúmulo. Para el contexto, el CMB fue emitido 380 mil años después del Big Bang, y es el resplandor del origen de nuestro universo hace 13.800 millones de años. Alrededor de 90 GHz, donde observa el MUSTANG-2, la señal de efecto SZ mide principalmente la presión térmica.

“Con el poder del MUSTANG-2, podemos ver estas cavidades y comenzar a determinar con precisión de qué están llenas y por qué no colapsan bajo presión”, explica Tony Mroczkowski, astrónomo del Observatorio Europeo Austral que formó parte de esta nueva investigación.

Estos nuevos hallazgos son las imágenes SZ de alta fidelidad más profundas hasta ahora del estado termodinámico de las cavidades en un cúmulo de galaxias, reforzando los descubrimientos previos de que al menos una parte del soporte de presión en las cavidades se debe a fuentes no térmicas, como partículas relativistas, rayos cósmicos y turbulencia, así como una pequeña contribución de los campos magnéticos. “Sabíamos que este era un sistema emocionante cuando estudiamos el núcleo de radio y los lóbulos a bajas frecuencias, pero recién ahora estamos empezando a ver la imagen completa”, explica la coautora Tracy Clarke, astrónoma del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos y científica del Proyecto VLITE que fue coautora de un estudio de radio anterior de este sistema.

En contraste con investigaciones anteriores, las nuevas imágenes producidas por el GBT consideran la posibilidad de que el soporte de presión dentro de las burbujas podría ser más matizado de lo que se pensaba, mezclando componentes térmicos y no térmicos. Además de las observaciones de radio, el equipo incorporó observaciones de rayos X existentes del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, que proporcionan una vista complementaria del gas visto por MUSTANG-2.

Las observaciones futuras a través de múltiples frecuencias pueden establecer con mayor precisión la naturaleza de cuán exótica es la erupción del agujero negro. “Este trabajo nos ayudará a comprender mejor la física de los cúmulos de galaxias y el problema de retroalimentación del flujo de enfriamiento que nos ha molestado a muchos de nosotros durante algún tiempo”, agrega Orlowski-Scherer.

Referencia: “GBT/MUSTANG-2 9″ resolution imaging of the SZ effect in MS0735.6+7421 – Confirmation of the SZ cavities through direct imaging” por John Orlowski-Scherer, Saianeesh K. Haridas, Luca Di Mascolo, Karen Perez Sarmiento, Charles E. Romero, Simon Dicker, Tony Mroczkowski, Tanay Bhandarkar, Eugene Churazov, Tracy E. Clarke, Mark Devlin, Massimo Gaspari, Ian Lowe, Brian Mason, Craig L. Sarazin, Jonathon Sievers y Rashid Sunyaev, 8 de noviembre de 2022, Astronomía y Astrofísica. DOI: 10.1051/0004-6361/202244547

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