Examinando el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia


El agujero negro supermasivo (SMBH) en el núcleo de nuestra galaxia, Sagitario A, es de tamaño modesto con solo 4,15 millones de masas solares. El Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) publicó recientemente una espectacular imagen submilimétrica de él, tal como se ve iluminado por su entorno resplandeciente. Muchas galaxias tienen SMBH nucleares que son mil veces más grandes, por ejemplo, el núcleo de M87, cuya imagen fue tomada por el EHT en 2020. Pero SagA está relativamente cerca de nosotros, solo unos veinticinco mil años luz, y su La proximidad ofrece a los astrónomos una oportunidad única para probar las propiedades de los SMBH.

A medida que el gas y el polvo se acumulan lentamente en el entorno caliente similar a un disco que rodea a un agujero negro, se irradian a través del espectro electromagnético. La acreción episódica y los estallidos de radiación variable ofrecen pistas sobre la naturaleza de la acreción, las dimensiones y ubicaciones de cada evento en el entorno complejo del agujero negro (¿dentro o cerca del toroide? ¿en alguna parte del viento?), y cómo podrían ser los episodios. relacionados entre sí y con las propiedades del agujero negro, por ejemplo, su giro.

Una visualización de actividad de llamaradas simuladas y nubes de material alrededor del agujero negro supermasivo en el centro galáctico, SagA*. Los astrónomos que observan estos eventos de llamaradas simultáneamente en longitudes de onda desde los rayos X hasta el submilimétrico reportan evidencia de que las llamaradas de rayos X y/o infrarrojos pueden ocurrir entre 10 y 30 minutos antes de las llamaradas submilimétricas, de acuerdo con una clase de modelos teóricos. Crédito: ESO, Gfycat

Cada longitud de onda lleva su propia información, y una de las herramientas de diagnóstico clave es la diferencia de tiempo entre las erupciones en diferentes longitudes de onda que rastrean en qué parte del estallido ocurren los diferentes mecanismos de producción. Sag A* está tan cerca que ha sido monitoreado en longitudes de onda de radio desde su descubrimiento en la década de 1950; en promedio, Sgr A* acumula material a un ritmo muy bajo, unas pocas centésimas de masa terrestre por año, pero suficiente para producir variabilidad, así como destellos más dramáticos.

Los astrónomos de CfA Steve Willner, Giovani Fazio, Mark Gurwell, Joe Hora y Howard Smith y sus colegas han completado un análisis de tiempo de observaciones submilimétricas, de rayos X y de infrarrojo cercano coordinadas y simultáneas de SagA* usando la cámara IRAC en Spitzer, el el observatorio de rayos X Chandra, la misión NuSTAR, ALMA y el instrumento GRAVITY del Interferómetro del Very Large Telescope; la campaña requirió una planificación de misión compleja y la reducción de múltiples tipos de conjuntos de datos. Se observaron eventos de llamaradas entre el 17 y el 26 de julio de 2019 (desafortunadamente, la SMA se cerró en ese momento debido a las protestas en la montaña).

El equipo señala que la actividad de 2019 parece reflejar una tasa de acumulación inusualmente alta. Si bien se observó que algunos de los eventos ocurrieron simultáneamente, la llamarada submilimétrica (ALMA) apareció aproximadamente 20 minutos después de las llamaradas infrarrojas y de rayos X (Chandra).

Los científicos consideran tres escenarios: la emisión de rayos X e infrarrojos en estas llamaradas surgió de partículas cargadas que giran en espiral en campos magnéticos poderosos; el infrarrojo y el submilimétrico provinieron de este primer proceso, pero la emisión de rayos X se produjo cuando los fotones infrarrojos chocaron con partículas cargadas que se movían a una velocidad cercana a la de la luz; y finalmente, que solo la radiación submilimétrica provino del primer proceso y todas las demás bandas fueron producidas por el segundo. Desafortunadamente, las observaciones desde tierra no pueden ser continuas y, como resultado, no se observó el momento del pico de la llamarada de emisión submilimétrica, lo que dificulta precisar cualquier retraso de tiempo entre ella y los rayos X que podrían señalar su aparición en una ubicación diferente o de un proceso diferente. El equipo, combinando sus resultados con estudios de variabilidad anteriores, encuentra una imagen consistente en la que los rayos infrarrojos y los rayos X se originan a través del segundo proceso, seguido de la emisión submilimétrica del primero en un plasma magnetizado en expansión y enfriamiento.

La investigación fue publicada en The Astrophysical Journal.

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