Estudio revela choques de terminación y emisión extendida de rayos X en la galaxia activa Markarian 78


Usando el observatorio de rayos X Chandra de la NASA, los astrónomos del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) y otros lugares han investigado una galaxia activa conocida como Markarian 78. Informan que la fuente exhibe choques de terminación y emisión extendida de rayos X. El estudio se detalló en un artículo publicado el 27 de abril en arXiv.org.

Los núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés) son agujeros negros supermasivos que se acumulan y residen en los centros de algunas galaxias, y emiten una poderosa radiación de alta energía a medida que acumulan gas y polvo. Estos núcleos pueden formar chorros, con formas mayoritariamente cilíndricas, cónicas o parabólicas, que se observan incluso en escalas de megaparsec. En general, las galaxias que albergan AGN se denominan galaxias activas.

Imagen de Chandra de 2-8 keV agrupada por 1/8 de subpíxel y suavizada de forma adaptativa. Los contornos de VLA de 3,6 cm se muestran en blanco. El núcleo de radio se ha alineado con el pico de 2-8 keV que se muestra con la cruz negra. Crédito: Fornasini et al., 2022.

A una distancia de unos 521 millones de años luz de la Tierra, Markarian 78 (o Mrk 78 para abreviar) es una galaxia Seyfert Tipo II con un tamaño estimado de unos 2.400 años luz. La emisión del infrarrojo medio de esta galaxia está dominada por polvo calentado por AGN y la luminosidad intrínseca de 2-10 keV de esta fuente se midió entre 8 y 12 tredecillones de erg/s.

Las observaciones anteriores de Mrk 78 encontraron que su chorro de radio es desviado por el gas ionizado que encuentra y lo acelera. Además, se descubrió que el chorro de radio es interrumpido por una nube compacta y se expande en una «burbuja» con fugas, acelerando y eliminando los nudos de gas ionizado.

Para obtener una mejor visión de los mecanismos físicos por los cuales el AGN central impacta el gas en Mrk 78, un equipo de astrónomos dirigido por Francesca M. Fornasini de CfA realizó observaciones de rayos X de esta galaxia utilizando el espectrómetro de imágenes CCD avanzado (ACIS) de Chandra. . Los resultados se compararon con estudios previos de radio de esta fuente.

Los investigadores lograron obtener imágenes de la región interna de Mrk 78 con una resolución de subsegundos de arco en rayos X y encontraron una morfología compleja con variaciones espectrales en escalas de 650 a 6500 años luz. Aunque las observaciones detectaron un nudo compacto (de unos 2.300 años luz de diámetro) de rayos X, en el lado este de la fuente, coincidiendo con el nudo de radio, resulta que su lado occidental es bastante diferente ya que está dominado por un bucle extendido de emisión de rayos X (alrededor de 5500 años luz del núcleo y aproximadamente 4500 años luz de diámetro).

Además, en las regiones de emisión ampliada, los astrónomos identificaron espectros complejos que requerían al menos dos componentes, fotoionizados o térmicos, y un posible oscurecimiento intrínseco. Se observó que el ajuste espectral de esta emisión ampliada prefiere modelos que incluyan modelos térmicos representativos de emisión con choque.

Los científicos estiman que la energía térmica que estos choques de terminación pueden inyectar en el medio interestelar es de entre 200 y 600 duodecillones de erg/s. En base a eso, calcularon que la potencia total liberada por los choques en estas regiones se estima que está dentro del rango de 200 y 2000 duodecillones de erg/s.

En general, los investigadores notaron que los choques en el lado occidental de Mrk 78 ocurren alrededor de 3260 años luz más lejos que en el lado este. Suponen que la emisión de choque de rayos X suaves más cerca del núcleo está presente pero se absorbe fuertemente, o que el gas de choque más cercano al núcleo puede estar demasiado caliente para enfriarse rápidamente. Estas dos hipótesis, según los autores del artículo, son las explicaciones más plausibles para tal compensación de la emisión de rayos X occidentales del radio de rotación del flujo de salida.

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