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El telescopio espacial ha detectado un par de cuásares a 10 mil millones de años luz de distancia

El telescopio espacial Hubble ha detectado un par de cuásares a unos 10 mil millones de años luz de distancia. Están tan cerca que parecen un solo objeto para los telescopios terrestres. Los cuásares son auténticas balizas de luz muy brillantes que pueden brillar tanto o más que sus galaxias anfitrionas, estos se forman cuando un agujero negro devora materia y libera un torrente enorme de radiación.

Los astrofísicos que lideran esta investigación creen que los cuásares están muy cerca y que además residen en los núcleos de dos galaxias fusionadas. 

La concepción de este artista muestra la luz brillante de dos cuásares que residen en los núcleos de dos galaxias que se fusionan.
En esta imagen artística se muestra la luz brillante de dos cuásares que residen en los núcleos de dos galaxias que se encuentran en el caótico proceso de fusión. En unas pocas decenas de millones de años, los agujeros negros y sus galaxias se fusionarán, al igual que el par de cuásares, formando un agujero negro aún más masivo.Créditos: NASA, ESA y J. Olmsted (STScI)

Se estima que en el universo distante, por cada 1000 cuásares, hay un doble cuásar. Así que encontrar estos dobles cuásares es como encontrar una aguja en un pajar. El descubrimiento de estos cuásares ofrece una nueva forma de sondear colisiones entre galaxias y la fusión de agujeros negros supermasivos en el universo temprano.

Los quásares están esparcidos por todo el cielo y eran más abundantes hace 10 mil millones de años. Hubo muchas fusiones de galaxias en ese entonces alimentando los agujeros negros. Por lo tanto, los astrónomos teorizan que debería haber habido muchos cuásares duales durante ese tiempo.

Los resultados del equipo   aparecieron en la revista  Nature Astronomy .

Dos pares de cuásares que existieron hace 10 mil millones de años y residen en el corazón de las galaxias fusionadas.
Estas dos imágenes del Telescopio Espacial Hubble revelan dos pares de cuásares que existieron hace 10 mil millones de años y residen en el corazón de las galaxias fusionadas. Cada uno de los cuatro cuásares reside en una galaxia anfitriona. Sin embargo, estas galaxias no se pueden ver porque son demasiado débiles, incluso para el Hubble. Los quásares dentro de cada par están separados por unos 10.000 años luz, lo más cercano jamás visto en esta época cósmica. Los quásares son balizas brillantes de luz intensa de los centros de galaxias distantes que pueden eclipsar a todas sus galaxias. Están alimentados por agujeros negros supermasivos que se alimentan vorazmente de materia que cae, desatando un torrente de radiación. El par de cuásares en la imagen de la izquierda está catalogado como J0749 + 2255 y el par de la derecha como J0841 + 4825. Los dos pares de galaxias anfitrionas habitadas por cada doble cuásar eventualmente se fusionarán. Los quásares se orbitarán estrechamente entre sí hasta que finalmente se junten en espiral y se fusionen, lo que dará como resultado un agujero negro aún más masivo, pero solitario. La imagen para J0749 + 2255 se tomó el 5 de enero de 2020. La instantánea J0841 + 4825 se tomó el 30 de noviembre de 2019. Ambas imágenes se tomaron en luz visible con la cámara de campo amplio 3.Créditos: NASA, ESA, H. Hwang y N. Zakamska (Universidad Johns Hopkins) e Y. Shen (Universidad de Illinois, Urbana-Champaign)

Las observaciones son importantes porque el papel de un cuásar en los encuentros galácticos juega un papel fundamental en la formación de galaxias. A medida que dos galaxias cercanas comienzan a distorsionarse gravitacionalmente, su interacción canaliza material hacia sus respectivos agujeros negros, encendiendo sus cuásares.

Con el tiempo, la radiación de estas «bombillas» de alta intensidad lanza poderosos vientos galácticos, que barren la mayor parte del gas de las galaxias fusionadas. Privadas de gas, la formación de estrellas cesa y las galaxias evolucionan hacia galaxias elípticas. Hasta ahora, los astrónomos han descubierto más de 100 cuásares dobles en galaxias fusionadas. Sin embargo, ninguno de ellos es tan antiguo como los dos cuásares dobles de este estudio.

Las imágenes del Hubble muestran que los cuásares dentro de cada par están separados por solo unos 10.000 años luz. En comparación, nuestro Sol está a 26.000 años luz del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.

Los cuásares no se mueven a través del espacio de ninguna manera mensurable, sino que su movimiento podría ser evidencia de fluctuaciones aleatorias de luz a medida que cada miembro del par de cuásares varía en brillo. Los cuásares parpadean en brillo en escalas de tiempo de días a meses, dependiendo del horario de alimentación de su agujero negro.

Los telescopios futuros pueden ofrecer más información sobre estos sistemas fusionados. El  telescopio espacial James Webb de la NASA , un observatorio infrarrojo programado para ser lanzado a finales de este año, explorará las galaxias anfitrionas de los cuásares. Webb mostrará las firmas de fusiones galácticas, como la distribución de la luz de las estrellas y las largas serpentinas de gas extraídas de las galaxias que interactúan.

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El impresionante giro de cinco agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros que giran en el espacio crean un enorme torrente arremolinado a su alrededor de discos de gas y polvo calentados a cientos de millones de grados que brillan con luz de rayos X. Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y alineaciones al azar a lo largo de miles de millones de años luz, los astrónomos han ideado una nueva técnica para medir el giro de cinco agujeros negros supermasivos. La materia en uno de estos vórtices cósmicos gira alrededor de su agujero negro a más del 70% de la velocidad de la luz. 

Para ello se utiliza fenómeno llamado lente gravitacional en el que la curvatura del espacio-tiempo por un objeto masivo, como una gran galaxia, puede magnificar y producir múltiples imágenes de un objeto distante que esté detrás suyo o cercano a el.

Los astrónomos utilizaron Chandra y lentes gravitacionales para estudiar seis cuásares, cada uno de los cuales consiste en un agujero negro supermasivo que consume rápidamente materia de un disco de acreción circundante. La lente gravitacional de la luz de cada uno de estos cuásares por parte de una galaxia intermedia ha creado múltiples imágenes de cada cuásar, como se muestra en estas imágenes de Chandra de cuatro de los objetivos. 

Crédito de la imagen: NASA / CXC / Univ. de Oklahoma / X. Dai y col.

Los astrofísicos aprovecharon la «microlente«, en la que las estrellas individuales en la galaxia interpuesta con lentes proporcionan un aumento adicional de la luz del cuásar. Un aumento mayor significa que una región más pequeña está produciendo la emisión de rayos X.  Luego, los investigadores utilizaron la propiedad de que un agujero negro giratorio está arrastrando el espacio con él y permite que la materia orbite más cerca del agujero negro de lo que es posible para un agujero negro que no gira. Por lo tanto, una región emisora ​​más pequeña correspondiente a una órbita estrecha generalmente implica un agujero negro que gira más rápidamente. 

Los resultados mostraron que uno de los agujeros negros, en el cuásar con lente llamado «Cruz de Einstein» (en la imagen HE0435) está girando a la velocidad máxima posible. Esto corresponde al horizonte de sucesos, el punto de no retorno del agujero negro, que gira a la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 1080 millones de kilómetros por hora. Otros cuatro agujeros negros en la muestra están girando, en promedio, a aproximadamente la mitad de esta velocidad máxima.  Para la Cruz de Einstein, la emisión de rayos X proviene de una parte del disco que es menos de aproximadamente 2,5 veces el tamaño del horizonte de sucesos, y para los otros 4 cuásares, los rayos X provienen de una región de cuatro a cinco veces el tamaño. del horizonte de sucesos.

La Cruz de Einstein, observada desde el telescopio espacial Hubble. Es visible desde la Tierra, pero se necesita una noche oscura y usar un telescopio de gran abertura y una cámara ccd.

Estos agujeros negros supermasivos probablemente crecieron al acumular la mayor parte de su material durante miles de millones de años a partir de un disco de acreción que giraba con una orientación y dirección de giro similares, en lugar de direcciones aleatorias. Como un tiovivo que sigue siendo empujado en la misma dirección, los agujeros negros seguían ganando velocidad.

Los rayos X detectados por Chandra se producen cuando el disco de acreción que rodea al agujero negro crea una nube de varios millones de grados, o corona, sobre el disco cerca del agujero negro. Los rayos X de esta corona se reflejan en el borde interno del disco de acreción, y las fuertes fuerzas gravitacionales cerca del agujero negro distorsionan el espectro de rayos X reflejado, es decir, la cantidad de rayos X que se ven a diferentes energías. Las grandes distorsiones observadas en los espectros de rayos X de los cuásares aquí estudiados implican que el borde interior del disco debe estar cerca de los agujeros negros, lo que da más evidencia de que deben estar girando rápidamente. Los quásares se encuentran a distancias que van desde los 8,8 mil millones a los 10,9 mil millones de años luz de la Tierra, y los agujeros negros tienen masas entre 160 y 500 millones de veces la del Sol.

Para saber más:

The Astrophysical Journal, disponible en línea . Los autores son Xinyu Dai, Shaun Steele y Eduardo Guerras de la Universidad de Oklahoma en Norman, Oklahoma, Christopher Morgan de la Academia Naval de los Estados Unidos en Annapolis, Maryland, y Bin Chen de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee, Florida. 

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Descubiertos Tsunamis que arrasan galaxias

Con los datos obtenidos por el fructífero Telescopio Espacial Hubble, un equipo de astrónomos ha descubierto los flujos más enérgicos jamás observados en el universo. Parten de quásares y atraviesan el espacio interestelar como auténticos tsunamis, causando verdaderos estragos en las galaxias en las que residen.

Los cuásares son objetos que emiten grandes cantidades de energía. Estos contienen agujeros negros supermasivos alimentados por materia que cae dentro y a medida que el agujero negro la devora, el gas caliente lo rodea y emite radiación muy intensa, creando el cuásar. Los vientos, impulsados ​​por la presión de radiación de las proximidades del agujero negro, empujan el material lejos del centro de la galaxia. Estos flujos de salida se aceleran a velocidades impresionantes que representan un pequeño porcentaje de la velocidad de la luz. Los vientos empujan cientos de masas solares de material cada año. La cantidad de energía mecánica que transportan estas salidas es hasta varios cientos de veces mayor que la luminosidad de toda la galaxia de la Vía Láctea.

Ilustración de un remolino polvoriento de partículas en espiral, con corrientes de material brillante que salen del centro.
Esta es una ilustración de una galaxia distante con un quásar activo en su centro. Créditos: NASA, ESA y J. Olmsted (STScI)

El material que de otro modo habría formado nuevas estrellas es barrido violentamente de la galaxia, haciendo que cese el nacimiento de estrellas. La radiación empuja el gas y el polvo a distancias enormes y alteran considerablemente las galaxias.

A medida que este tsunami cósmico se estrella en material interestelar, la temperatura en el frente de choque aumenta a miles de millones de grados, donde el material brilla en gran medida en rayos X, pero también ampliamente en todo el espectro de luz. Dejando la galaxia bastante tocada como un tsunami terrestres sin control…

Para saber más:

Quasar tsunamis galaxies

Los gases de la Burbuja de Fermi

Esta ilustración muestra la luz de varios cuásares distantes atravesando la mitad norte de las burbujas de Fermi. Estas enormes burbujas son dos grandes estructuras de rayos gamma que se extienden a ambos lados del centro galáctico de la Vía Láctea, se cree que son debidas a una enorme expulsión de gases emitidos desde el agujero negro que tenemos en el centro de la galaxia. El telescopio espacial Hubble sondeó la luz de estos cuásares para obtener información sobre la velocidad del gas de la burbuja y si el gas se está moviendo hacia o lejos de la Tierra. En base a la velocidad del material, se ha estimado que las burbujas se formaron a partir de un evento muy energético  hace entre 6 y 9 millones de años.

burbuja vía lácteaEl diagrama de la parte inferior izquierda muestra la medición del gas que se mueve hacia y fuera de la Tierra, (azul acercamiento y rojo alejamiento) lo que indica que el material se desplaza a una velocidad alta hacia nosotros.

Hubble también observó la luz de los cuásares fuera de la burbuja del lado norte del centro galáctico, observando un tipo de gas que no comparte las mismas características que la burbujas de Fermi y que está estático dentro de la galaxia.

Para saber más:

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