'Baterías' de los agujeros negros mantienen blazares que van y vienen

Las galaxias activas poseen núcleos extraordinariamente luminosos alimentados por agujeros negros

Los astrónomos que estudian dos clases de galaxias que alimentan un agujero negro monitoreadas por el telescopio espacial Fermi de la NASA han encontrado evidencia que representan diferentes lados de la misma moneda cósmica. Al aclarar cómo se distribuyen estos objetos, llamados blazares (cuando los chorros apuntan directamente hacia la Tïerra), en todo el universo, los científicos sugieren que las propiedades aparentemente distintivas que definen cada clase reflejan más probablemente un cambio en la forma en que las galaxias extraen la energía de sus agujeros negros centrales.

"Podemos pensar en una clase blazar como un coche de gas de alto consumo y el otro como un vehículo eléctrico de alta eficiencia energética", dijo el investigador principal, Marco Ajello, astrofísico de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur. "Nuestros resultados sugieren que en realidad estamos viendo híbridos, que aprovechan la energía de sus agujeros negros en diferentes formas a medida que envejecen".

Las galaxias activas poseen núcleos extraordinariamente luminosos alimentados por agujeros negros que contienen millones o incluso miles de millones de veces la masa del sol. Cuando el gas cae hacia estos agujeros negros supermasivos, se asienta en un disco de acreción y se calienta. Cerca del borde del agujero negro, a través de procesos que aún no se comprenden bien, algunas de las explosiones de gas fuera del disco se mueven en chorros en direcciones opuestas a casi la velocidad de la luz.

Los blazars son el tipo de más alta energía de la galaxia activa y emiten luz en todo el espectro, desde radio hasta los rayos gamma. Ellos constituyen más de la mitad de las fuentes de rayos gamma catalogadas por Telescopio de Gran Área de Fermi, que ha detectado más de 1.000 hasta la fecha. Los astrónomos piensan que los blazares parecen tan intensos porque apuntan a nuestra dirección, con lo que un chorro está casi en nuestra línea de visión.

Para ser considerado un blazar, una galaxia activa debe demostrar rápidos cambios en la luz visible en escalas de tiempo tan cortas como unos pocos días, una fuerte polarización óptica, o brillar en longitudes de onda de radio con un "espectro plano" - es decir, que demuestre tener relativamente poco cambio en el brillo entre las frecuencias vecinas.

Los astrónomos han identificado dos modelos en la línea de blazar. Uno, conocido como cuásares de radio de espectro plano (FSRQs), muestran una fuerte emisión de un disco de acreción activa, luminosidades muy superiores, masa de los agujeros negros más pequeñas, y la aceleración de partículas inferior en los chorros. El otro, llamado BL Lacs, está totalmente dominado por la emisión del chorro, con las partículas del chorro que alcanzan mucha mayor de energía y la emisión de disco de acreción débiles o ausentes.

Las grandes galaxias surgieron de las colisiones y fusiones con muchas galaxias más pequeñas, y este proceso se produce con mayor frecuencia a medida que miramos hacia atrás en el tiempo. Estas colisiones proporcionaron abundante gas de la galaxia cada vez mayor y se mantiene el gas despertado por lo que podría alcanzar más fácilmente el agujero negro central, donde se amontona en un vasto, caliente y brillante disco de acreción como las observadas en FSRQs "que consumen mucha gasolina". Parte del gas está cerca del agujero como un chorro, mientras que el resto cae y aumenta gradualmente su giro en el agujero negro.

A medida que el universo se expande y la densidad de galaxias disminuye, también lo hacen las colisiones de galaxias y el nuevo suministro de gas que proporcionan al agujero negro. El disco de acreción se agota con el tiempo, pero lo que queda está en órbita en una rápido hilatura y un agujero negro más masivo. Estas propiedades permiten a los BL Lac mantener un potente chorro aunque relativamente escasas cantidades de material están en espiral hacia el agujero negro.

En efecto, la energía de la acumulación de días de la galaxia como un FSRQ queda almacenado en el aumento de la rotación y de la masa de su agujero negro, que actúa como una batería. Cuando el disco de acreción de gas desaparece, aprovecha la energía almacenada en el blazar del agujero negro que, a pesar de una tasa de acreción inferior, permite que siga funcionando su chorro de partículas y la producción de emisiones de alta energía como un objeto BL Lac.

Una consecuencia observacional de la noción blazar híbrido es que la luminosidad del BL Lacs debería disminuir con el tiempo cuando el agujero negro pierde energía y gira hacia abajo. Los astrónomos dicen que están dispuestos a probar esta idea con muestras más grandes de blazar proporcionadas en parte por el seguimiento de todo el cielo con Fermi. Entender los detalles de esta transición requerirá también un mejor conocimiento del chorro, la masa del agujero negro y el medio ambiente de la galaxia, para ambas clases de blazar.