Un grupo de investigación dirigido por Stefanie Komossa (MPIfR Bonn, Alemania) presenta nuevos resultados sobre la galaxia OJ 287, basados en las observaciones de radio a alta energía más densas y largas hasta la fecha con telescopios como el telescopio Effelsberg y el Observatorio Swift.
Los resultados favorecen un par de agujeros negros en el centro de la galaxia con una masa menor de 100 millones de masas solares para el agujero negro primario. Varios misterios pendientes, incluida la aparente ausencia del último gran estallido de OJ 287 y el muy discutido mecanismo de emisión durante los estallidos principales, pueden resolverse de esta manera.
Los blazares son galaxias que albergan poderosos chorros de partículas relativistas de larga duración que se lanzan en las inmediaciones de su agujero negro supermasivo central.
Cuando dos galaxias chocan y se fusionan, se forman agujeros negros binarios supermasivos. Estos binarios son de gran interés porque juegan un papel clave en la evolución de las galaxias y el crecimiento de los agujeros negros supermasivos. Además, las binarias coalescentes son las fuentes de ondas gravitacionales más ruidosas del universo. La futura misión fundamental de la ESA LISA (Antena Espacial de Interferómetro Láser) tiene como objetivo detectar directamente tales ondas en el espectro de ondas gravitacionales. La búsqueda de sistemas de agujeros negros binarios supermasivos está actualmente en pleno apogeo.
OJ 287 es un blazar brillante en la dirección de la constelación de Cáncer a una distancia de unos 5 mil millones de años luz. Es uno de los mejores candidatos para albergar un agujero negro supermasivo binario compacto. Los estallidos excepcionales de radiación que se repiten cada 11 o 12 años son el motivo de fama de OJ 287. Algunos de estos son tan brillantes que OJ 287 se convierte temporalmente en la fuente más brillante de su tipo en el cielo. Sus arrebatos repetitivos son tan notables que se han propuesto y discutido varios modelos binarios diferentes en la literatura para explicarlos.
A medida que el segundo agujero negro del sistema orbita alrededor del otro agujero negro más masivo, impone señales semiperiódicas en la salida de luz del sistema al afectar el chorro o el disco de acreción del agujero negro más masivo.
Sin embargo, hasta ahora no ha habido una determinación independiente directa de la masa del agujero negro, y ninguno de los modelos pudo probarse críticamente en campañas de observación sistemática, porque estas campañas carecían de una cobertura de banda ancha que implicara radiación de muchas frecuencias diferentes.
Por primera vez, ahora se utilizaron múltiples observaciones simultáneas de rayos X, UV y radio, junto con bandas ópticas y de rayos gamma. Los nuevos hallazgos fueron posibles gracias al proyecto MOMO (“Observaciones y modelado de longitud de onda múltiple de OJ 287”), que es uno de los proyectos de monitoreo de frecuencia múltiple más densos y duraderos de cualquier blazar que involucre rayos X, y el más denso de todos. DO 287.
“OJ 287 es un excelente laboratorio para estudiar los procesos físicos que reinan en uno de los entornos astrofísicos más extremos: discos y chorros de materia en las inmediaciones de uno o dos agujeros negros supermasivos”, dice Stefanie Komossa del Instituto Max Planck para Radioastronomía (MPIfR), el primer autor de los dos estudios presentados aquí. “Por lo tanto, iniciamos el proyecto MOMO. Consiste en observaciones de alta cadencia de OJ 287 en más de 14 frecuencias desde la radio hasta el régimen de alta energía que duran años, además de seguimientos dedicados en múltiples instalaciones terrestres y espaciales. cuando el blazar se encuentra en estados excepcionales”.
Un estudio ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters y el otro en The Astrophysical Journal.
“Ya se han tomado y analizado miles de conjuntos de datos. Esto hace que OJ 287 se destaque como uno de los blazars mejor monitoreados en el régimen de radio UV-X-ray”, agrega el coautor Alex Kraus del MPIfR. “El radiotelescopio Effelsberg y la misión espacial Swift juegan un papel central en el proyecto”.
El telescopio Effelsberg proporciona información en una amplia gama de frecuencias de radio, mientras que el observatorio Neil Gehrels Swift se utiliza para obtener datos UV, ópticos y de rayos X simultáneamente. Se han agregado datos de rayos gamma de alta energía del Observatorio Espacial de Rayos Gamma Fermi, así como datos de radio del Submillimeter Array (SMA) en Maunakea/Hawaii.
El jet domina la emisión electromagnética de OJ 287 debido a su naturaleza blazar. El chorro es tan brillante que eclipsa la radiación del disco de acreción (la radiación de la materia que cae en el agujero negro), lo que hace que sea difícil o imposible observar la emisión del disco de acreción, como si mirara directamente a la luz de un automóvil.
Sin embargo, debido a la gran cantidad de observaciones MOMO que cubrieron densamente la salida de luz de OJ 287 (una nueva observación casi cada dos días con Swift), se descubrieron “desvanecimientos profundos”. Estos son momentos en los que la emisión del chorro se desvanece rápidamente, lo que permite a los investigadores restringir la emisión del disco de acreción.
Los resultados muestran que el disco de materia que rodea el agujero negro es al menos un factor de 10 más débil de lo que se pensaba anteriormente, con una luminosidad estimada en no más de 2 x 1046 erg/s, lo que corresponde a unos 5 billones de veces la luminosidad de nuestro sol (5 x 1012 Lʘ).
Por primera vez, la masa del agujero negro primario de OJ 287 se derivó del movimiento de la materia gaseosa unida al agujero negro. La masa asciende a 100 millones de veces la masa de nuestro sol. “Este resultado es muy importante, ya que la masa es un parámetro clave en los modelos que estudian la evolución de este sistema binario: ¿Qué tan separados están los agujeros negros, qué tan rápido se fusionarán, qué tan fuerte es su señal de onda gravitacional?” dice Dirk Grupe de la Northern Kentucky University (EE. UU.), coautor de ambos estudios.
“Los nuevos resultados implican que ya no se requiere una masa excepcionalmente grande del agujero negro de OJ 287, que supera los 10 000 millones de masas solares; tampoco se requiere un disco particularmente luminoso de materia que se acumule en el agujero negro”, agrega Thomas Krichbaum del MPIfR, coautor del artículo de ApJ. Los resultados favorecen más bien un modelo binario de masa más modesta.
El estudio también resuelve dos viejos enigmas: la aparente ausencia del último de los estallidos brillantes por los que OJ 287 es famoso, y el mecanismo de emisión detrás de los estallidos. Las observaciones de MOMO permiten el momento preciso del último estallido. No ocurrió en octubre de 2022, como predijo el modelo de “gran masa”, sino en 2016-2017, que MOMO cubrió ampliamente. Además, las observaciones de radio con el telescopio Effelsberg de 100 m revelan que estos estallidos no son de naturaleza térmica, lo que implica que los procesos de chorro son la fuente de energía de los estallidos.
Los resultados de MOMO afectan las estrategias de búsqueda en curso y futuras de sistemas binarios adicionales utilizando los principales observatorios de gran tamaño, como el Event Horizon Telescope y, en el futuro, el Observatorio SKA. Podrían permitir la detección de radio directa y la resolución espacial de las fuentes binarias en OJ 287 y sistemas similares, así como la detección de ondas gravitacionales de estos sistemas en el futuro. OJ 287 ya no servirá como objetivo para conjuntos de sincronización de púlsares debido a la masa derivada del agujero negro de 100 millones de masas solares, pero estará dentro del alcance de futuros observatorios espaciales (al fusionarse).
“Nuestros resultados tienen fuertes implicaciones para el modelado teórico de los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos y su evolución, para comprender la física de la acumulación y expulsión de materia en las proximidades de los agujeros negros supermasivos y para la identificación electromagnética de los sistemas binarios en general”, dice. Stefanie Komossa.
Fondo MOMO
MOMO (Multiwavelength Observations and Modeling of OJ 287): el proyecto tiene como objetivo comprender la física del chorro de disco del blazar OJ 287, probar modelos binarios de agujeros negros y comprender el estado y la evolución de los sistemas binarios compactos. Se estableció en 2015 y consiste en observaciones dedicadas de alta cadencia, multianuales y multifrecuencia de la galaxia OJ 287 desde la radio hasta el régimen de alta energía. Las observaciones se llevan a cabo a una cadencia tan alta como una vez al día. MOMO cubre todos los estados de actividad de OJ 287. En estados excepcionales de OJ 287, se llevan a cabo observaciones de seguimiento en telescopios terrestres y espaciales adicionales, incluida la espectroscopia profunda en el régimen óptico y de rayos X.
El Observatorio Effelsberg está ubicado en un valle en las montañas Eifel cerca de Bad Münstereifel-Effelsberg, aproximadamente a 40 km al suroeste de Bonn. Es operado por el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn. El radiotelescopio de 100 m es uno de los radiotelescopios de plato único totalmente orientables más grandes del mundo. Permite mediciones en un amplio rango de frecuencias de radio entre 300 MHz y 90 GHz.
El Observatorio Neil Gehrels Swift es un observatorio de múltiples longitudes de onda basado en el espacio dedicado al estudio de los estallidos de rayos gamma y una gran variedad de otros objetos astrofísicos con radiación altamente variable. El satélite tiene tres telescopios a bordo que miden en las bandas óptica, UV, rayos X y rayos gamma. Swift es parte del programa de exploración mediana de la NASA (MIDEX) y fue lanzado a una órbita terrestre baja en 2004.
Con información de Sociedad Max Planck
