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(Noticias de Nanowerk) Cuando los astrónomos observan el cielo nocturno con radiotelescopios, generalmente ven galaxias de forma elíptica con chorros gemelos que emanan de ambos lados de su agujero negro supermasivo central. Pero de vez en cuando, menos del 10% de las veces, los astrónomos pueden detectar algo especial y raro: una radiogalaxia en forma de X con cuatro chorros que se extienden hacia el espacio.
Aunque estas misteriosas radiogalaxias en forma de X han desconcertado a los astrofísicos durante dos décadas, un nuevo estudio de la Universidad Northwestern proporciona una nueva perspectiva de cómo se formaron, y es sorprendentemente simple. El estudio también encontró que las radiogalaxias en forma de X son más comunes de lo que se pensaba anteriormente.
El estudio aparece en Cartas de revistas astrofísicas («Uniendo las escalas Bondi y Event Horizon: las simulaciones 3D GRMHD revelan la morfología de la radiogalaxia en forma de X»). Es la primera simulación de acreción de galaxias a gran escala que rastrea el gas galáctico lejos del agujero negro supermasivo.
Las condiciones simples conducen a un resultado desordenado.
Usando nuevas simulaciones, los astrofísicos del noroeste implementaron restricciones simples para modelar la alimentación de un agujero negro supermasivo y la formación orgánica de sus chorros y disco de acreción. Cuando los investigadores realizaron la simulación, las condiciones simples llevaron de manera orgánica e inesperada a la formación de una radiogalaxia en forma de X.
Sorprendentemente, los investigadores descubrieron que la distintiva forma de X de la galaxia era el resultado de la interacción entre los chorros y el gas que caía en el agujero negro. Al comienzo de la simulación, el gas entrante desvió los chorros recién formados, que se encendieron y apagaron, se tambalearon erráticamente y expandieron pares de cavidades en diferentes direcciones para parecerse a una forma de X. Eventualmente, sin embargo, los chorros se volvieron lo suficientemente fuertes como para empujar el gas. En este punto, los chorros se estabilizaron, dejaron de tambalearse y se dispersaron a lo largo de un eje.
«Descubrimos que incluso con condiciones iniciales simétricas simples, se puede obtener un resultado bastante desordenado», dijo Aretaios Lalakos de Northwestern, quien dirigió el estudio. «Una explicación popular para las radiogalaxias en forma de X es que dos galaxias chocan, lo que hace que sus agujeros negros supermasivos se fusionen, cambiando el giro del agujero negro restante y la dirección del chorro. Otra idea es que la forma del chorro se altera cuando interactúa con gas a gran escala que envuelve un agujero negro supermasivo aislado. Ahora hemos demostrado por primera vez que las radiogalaxias en forma de X pueden formarse de una forma mucho más sencilla”.
Lalakos es estudiante de posgrado en Weinberg College of Arts and Sciences en Northwestern y miembro del Centro de Investigación e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA). Está asesorado por el coautor Sasha Tchekhovskoy, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Northwestern y miembro clave de CIERA, y Ore Gottlieb, investigador postdoctoral de CIERA.
Una forma de X accidental
Aunque las radiogalaxias emiten luz visible, también contienen grandes áreas de emisión de radio. Quizás la radiogalaxia más famosa es M87, una de las galaxias más masivas del universo, que se hizo aún más popular en 2019 cuando el Event Horizon Telescope capturó su agujero negro supermasivo central. Acuñadas por primera vez en 1992, las radiogalaxias en forma de X representan menos del 10% de todas las radiogalaxias.
Cuando Lalakos se dispuso a modelar un agujero negro, no esperaba simular una galaxia en forma de X. En cambio, su objetivo era medir la cantidad de masa devorada por un agujero negro. Ingresó condiciones astronómicas simples en la simulación y la ejecutó. Lalakos inicialmente no se dio cuenta de la importancia de la forma de X emergente, pero Tchekhovskoy respondió con entusiasmo.
«Él dijo: ‘¡Amigo, esto es muy importante! ¡Tiene forma de X!’”, dijo Lalakos. «Me dijo que los astrónomos observaron esto en la vida real y no sabían cómo se formaron. Lo creamos de una manera sobre la que nadie había especulado antes”.
En simulaciones anteriores, otros astrofísicos han intentado crear estructuras en forma de X de forma artificial para estudiar cómo se forman. Pero simular a Lalakos orgánicamente condujo a la forma de X.
«En mi simulación, traté de no asumir nada», dijo Lalakos. «Por lo general, los investigadores colocan un agujero negro en el centro de una cuadrícula de simulación y colocan un gran disco de gas ya formado a su alrededor, y luego pueden agregar gas ambiental fuera del disco. En este estudio, la simulación comienza sin disco, pero pronto se forma uno cuando el gas en rotación se acerca al agujero negro. Este disco luego alimenta el agujero negro y crea chorros. Hice las suposiciones más simples, por lo que todo el resultado fue una sorpresa. Esta es la primera vez que alguien ve una morfología en forma de X en simulaciones a partir de condiciones iniciales muy simples”.
«Sin suerte de verla»
Debido a que la forma de X no apareció hasta el principio de la simulación, hasta que los chorros se fortalecieron y estabilizaron, Lalakos cree que las radiogalaxias en forma de X pueden aparecer con más frecuencia en el Universo, pero solo duran muy poco tiempo de lo que se pensaba. .
«Podrían crearse cada vez que el agujero negro obtenga gas nuevo y comience a comer de nuevo», dijo. «Así que podrían ser comunes, pero es posible que no tengamos la suerte de verlos porque solo ocurren mientras la potencia del chorro es demasiado débil para expulsar el gas».
A continuación, Lalakos planea continuar ejecutando simulaciones para comprender mejor cómo se forman estas formas en X. Espera experimentar con el tamaño de los discos de acreción y los giros de los agujeros negros centrales. En otras simulaciones, Lalakos agregó discos de acreción que eran casi inexistentes a los extremadamente grandes; ninguno resultó en la escurridiza forma de X.
«Para la mayor parte del universo, es imposible acercarse directamente al centro y ver lo que sucede en las inmediaciones de un agujero negro», dijo Lalakos. “E incluso las cosas que podemos observar son temporales. Si el agujero negro supermasivo ya está formado, no podemos observar su evolución porque la vida humana es demasiado corta. En la mayoría de los casos, confiamos en simulaciones para comprender qué sucede cerca de un agujero negro”.
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