Prendé el jet

Venimos hablando de los jets, esos chorros de materia y energía que surgen de los agujeros negros centrales en las galaxias activas. Se producen por la interacción entre el disco de materia supercaliente que hay alrededor del agujero negro, en una órbita precaria. Pero su origen y dinámica exactos tienen todavía muchos misterios, no por falta de teoría, sino porque son difíciles de observar. ¿Por qué la Vía Láctea no los tiene, y otras galaxias sí? ¿Se pueden prender y apagar? Parece que sí. La galaxia 1ES 1927+654, que aparece en la foto, prendió el suyo hace un par de años:

Es una galaxia activa, de las llamadas Seyfert 2, como la cercana NGC 4945 que venimos mencionando, pero esta está a 230 millones de años luz, en la constelación de Draco. Tiene un agujero negro central de 1.4 millones de masas solares (gigante, pero menor incluso que el de la Vía Láctea). En el 2017 su núcleo activo empezó a fluctuar en luminosidad, especialmente en rayos X. Esto puede ocurrir, por ejemplo, si la fuerza de marea del agujero negro destroza una estrella en órbita. El material de la estrella acaba incorporado al disco que orbita el agujero negro, produciendo variaciones de brillo. Pero en 2022 se produjo un enorme aumento del brillo en ondas de radio (nótese que el eje vertical está en escala logarítmica). 

Los observatorios formados por muchos radiotelescopios logran resoluciones espaciales increíbles, y en este caso pudieron ver, en tiempo real, cómo se formaban los dos chorros de un nuevo jet, surgiendo del centro de la galaxia:

No es un chorro gigante, como el de M87, que se extiende millones de años luz en el espacio, o los de los quasars. Es un chorrito, pero son cosas como estas las que finalmente permitirán dilucidar el mecanismo que produce estos misteriosos fenómenos.

 

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El paper es  Meyer et al., Late-time Radio Brightening and Emergence of a Radio Jet in the Changing-look AGN 1ES1927+654, ApJ Let 979:L2 (2025). De allí tomé la curva de luz y los cuadros de la animación.

Un disparo en la noche

En la noche de Centaurus A, la gran galaxia activa que vemos en el cielo austral en esta época del año. En una nota reciente comentamos que tiene un par de grandes chorros de materia y energía que surgen de su agujero negro central. Estos chorros son visibles en radiación infrarroja, como mostramos allí, pero también en rayos X. El telescopio espacial Chandra les hizo esta radiografía:

Esta imagen mide unos 2 minutos de arco en el cielo, y unos 7000 años luz en la galaxia. No deja de sorprenderme que los astrónomos logren construir estos telescopios de rayos X, que después de todo pasan a través de las cosas. ¿Cómo logran enfocarlos para hacer una imagen con una resolución comparable a la de los telescópios ópticos? Son increíbles.

En todo caso, uno se pregunta, ¿qué pasa si uno de estos chorros tan poderosos choca con algo? ¿Será como el chorro de energía de la Death Star, que puede destruir un planeta? La cuestión es que Centaurus A disparó sus rayos X y le pegó a algo. Algo que no se ve en la imagen, pero que dividió el rayo en dos, donde dice C4:

Esa estructura en forma de V parece ser una bifurcación en el chorro de Cen A, que nunca se había visto porque sólo Chandra tiene suficiente resolución en rayos X para verlo. Un trabajo reciente analiza el movimiento de varios "nudos" más densos en el chorro, entre 2000 y 2022. El que llamaron C4 es inusual en esta morfología. No está exactamente alineado con el jet, pero parece que igual sería parte del mismo. Las patas de la V muestran señales de turbulencia, como si realmente el chorro hubiese impactado contra algún objeto.

El estudio, de más de dos décadas, ha permitido medir el movimiento de estos nudos en los chorros de materia y energía que surgen del corazón de Cen A, algo que sólo ha podido hacerse para esta galaxia y para M 87. ¿Qué son? ¿Son emisión estacionaria producida por objetos en la trayectoria del chorro? ¿O son verdaderas "balas" disparadas como parte del mismo? Por lo menos, en algunos casos, parece ser esto último, ya que se mueven más rápido cerca del núcleo de la galaxia, que más lejos, como si fueran frenándose. Estas galaxias activas son medio aterradoras, menos mal que la nuestra es tranquilita.

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El paper es: Bogensberger et al., Superluminal proper motion in the X-ray jet of Centaurus A, arXiv:2408.14078v1.

La impresionante Centaurus A

Centaurus A es una de las maravillas del cielo austral, y ya la hemos comentado hace años. Pronto será la mejor época para observarla, así que voy a contar un par de papers que leí no hace mucho sobre ella. Es la "galaxia activa" más cercana, a unos 11 millones de años luz. Si bien se la puede ver con binoculares, lo mejor es observarla con un telescopio, para apreciar su aspecto de galaxia elíptica partida en dos (parece una hamburguesa). Esta foto de larga exposición muestra un exquisito detalle, en un halo que se extiende mucho más allá de lo que se aprecia en el ocular:

En la preciosa franja de polvo que cruza la galaxia, que parece una espiral de canto, vimos hace pocos años una supernova. Pero lo notable que quería mostrar está mucho más lejos del centro. Precisamente, uno de los papers que me sorprendió fue una observación del Telescopio Espacial Hubble (que puede ver estrellas individuales de Cen A, por cierto). La siguiente imagen muestra, en dos detalles insertos, estrellas del halo de la galaxia, que se encuentran mucho más lejos que lo que uno podría imaginar:

La exploración se extendió 25 veces el radio de la galaxia en la dirección del eje de la elipse que forma la parte más brillante, y 16 veces en la dirección transversal. El halo resultó abarcar 4 grados en el cielo, es decir 8 veces el tamaño de la Luna. Las estrellas del halo siempre son de las más antiguas de las galaxias, de manera que guardan información sobre toda su evolución. Me imagino que el evento catastrófico que le dio a Cen A su peculiar aspecto actual (posiblemente, una colisión con una gran galaxia espiral) lanzó estas estrellas al espacio intergaláctico. ¡La vista que deben tener desde sus planetas!

Centaurus A es además una galaxia de radio. Es decir, se observa radiación en la frecuencia de radio viniendo de un par de lóbulos alrededor de la componente estelar. 

Lo que muestra esta imagen (hecha con un sistema de radiotelescopios australianos) es inmenso en el cielo. La parte visual de la galaxia está ahí perdida en el medio. Si tuviéramos ojos de 100 metros  de diámetro podríamos verlo con el tamaño de una mano abierta con el brazo extendido, más grande que la Nube Grande de Magallanes.

Esta radiación viene de gas caliente, expulsado del centro de la galaxia en forma de dos chorros, que se originan en el agujero negro central, similar al que observó el Event Horizon Telescope en el centro de M87 (que se encuentra bastante más lejos). Estos chorros no se ven visualmente (como en el caso de M87, aunque no estoy seguro de si las estructuras más o menos lineales, rojas, de la primera foto, no son una parte del chorro, que ha perdido colimación). Pero sí se pueden ver en radio, y el EHT los ha observado. La siguiente imagen los muestra, en comparación con el de M87 (que aparece a la derecha):

En estas imágenes muchas veces parece haber cuatro chorros, dos para cada lado. Pero son sólo dos, que tienen forma de conos. Vistos de costado, vemos más densa la pared de los conos (esto ya lo había comentado aquí). Si en lugar de costado, lo viéramos de frente, veríamos algo similar a un quasar, o incluso un blazar. Estas observaciones además permitieron localizar la posición del agujero negro de Cen A, y concluir que su sombra (como la de M87* y de Sgr A*) debería ser visible en frecuencia de terahertz. Así que probablemente lo veremos en el futuro cercano.

Centaurus A es una excelente galaxia para observar y fotografiar. Está casi directamente al norte  del familiar cúmulo globular Omega Centauri. Así que para cualquier telescopio con montura ecuatorial es muy fácil de encontrar, lo único que hay que hacer es moverse hacia el norte exactamente 4 grados, y allí estará.

 

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La primera foto es de Lau, Lorenzi y Tse (AMT Chile). Uno la mira y le da ganas de no hacer nunca más una foto astronómica. ¿Para qué?

El paper del halo es: Rejkuba et al., Tracing the outer halo in a giant elliptical to 25 Reff, ApJL 791:L2 (2014).

El paper de los lóbulos es: McKinley et al, Multi-scale feedback and feeding in the closest radio galaxy Centaurus A, Nature Astronomy 6:109–120 (2022). De allí es la imagen de los lóbulos.

El paper del chorro es: Janssen et al, Event Horizon Telescope observations of the jet launching and collimation in Centaurus A, Nature Astronomy 5:1017–1028 (2021). De allí tomé la última imagen.

El GOAT y el BOAT

Greatest of All Time. Brightest of All Time.

BOAT: Brightest of All Time, la más brillante de todos los tiempos. Así han empezado a llamar a la explosión de rayos gamma (gamma ray burst, en castellano a veces traducen burst por "brote", lo cual me parece un error semántico) que bañó la Tierra el 9 de octubre del 2022, y que comentamos acá. Ya en aquella ocasión mencionamos que había sido extraordinario, y que la radiación había sacudido ¡la atmósfera! de la Tierra como si fuera una campana. En los meses que siguieron las mediciones del GRB 221009A siguieron sorprendiendo, ya que fue visible durante meses.

La siguiente imagen muestra el BOAT en el contexto de otros GRBs. No sólo fue fuertísimo (el eje vertical), sino larguísimo (el eje horizontal):

Hay dos tipos de GRBs: cortos (dos segundos o menos) y largos (varios minutos). Los cortos probablemente son el resultado de fusiones de estrellas de neutrones, como las que se han observado en ondas gravitacionales en el LIGO. Los largos, en cambio, son producidos por explosiones tipo supernova de estrellas muy masivas, en las cuales se forma un agujero negro y un par de chorros polares se llevan muchísima energía casi a la velocidad de la luz. Esos chorros impactan contra la materia de la estrella, que se recalienta y brilla. Esta radiación secundaria dura típicamente algunas horas o días, o meses como en este caso. Cuando uno de los chorros apunta hacia nosotros, vemos un GRB. A 2400 millones de años luz de distancia, ¡hay que tener puntería!

La energía que tienen estos jets es asombrosa. Si ocurriera un GRB a 100 años luz de la Tierra, directamente evaporaría nuestro planeta entero. A distancias mayores (pero infinitesimales comparadas con la distancia a las que normalmente los vemos brillar), esterilizarían la mitad del planeta del lado que recibiera el impacto del jet. 

Esta linda foto del telescopio Hubble muestra el Bote en la galaxia donde ocurrió (marcados con un circulito), en medio de un montón de estrellas de nuestra propia galaxia:

La mayoría de las imágenes del GRB 221009A que verán por ahí (como las que mostré el año pasado) muestran una serie de anillos concéntricos. Esto requiere cierta explicación. El GRB propiamente dicho es el punto central. Los anillos son luz de la explosión que tenía inicialmente trayectorias ligeramente distintas, y que le hubieran errado a la Tierra por poquito. Pero como la explosión ocurrió en un lugar del cielo tan densamente lleno de materia de la Vía Láctea (si bien muchísimo más lejos), algunos de esos rayos de luz se reflejaron en el polvo interestelar, y acabó llegando a nuestros telescopios. A medida que pasaron las horas, mientras el punto central brillaba y brillaba para luego apagarse lentamente, esos reflejos fueron cambiando; porque, como si fuesen ecos, nos fueron llegando desde distintas nubes de polvo. ¿Capisci?

Con ingenio, se pueden usar estos anillos para reconstruir algo que de otra manera es imposible de ver: la estructura tridimensional del polvo galáctico (al menos en esa dirección). El resultado es un gráfico, no una figura pomposa, pero es muy notable lo que representa:

Notar dos cosas: los dos ejes son logarítmicos. Las densidades que se muestan verticalmente cambian en un factor 1000 a distintas distancias. Las distancias, por su parte, también están en logaritmo, y en parsecs. El extremo izquierdo es 326 años luz, el medio 3200 años luz, el 10 a la uno son 32000 años luz, y el extremo de los datos está como a los 80000 años luz. Más allá la Vía Láctea se acaba, y se acaba el polvo.

Es posible que nunca más en miles de años volvamos a ver algo semejante, así que los astrónomos le están sacando el jugo, y el BOAT está en las noticias científicas desde hace meses.

¡Ah! Feliz cumpleaños, campeón.

 

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El paper que mapea la Vía Láctea usando el Boat es: Williams et al., GRB 221009A: Discovery of an exceptionally rare nearby and energetic gamma-ray burst, Astrophys. J. Lett. 946:L24 (2023). De allí tomé las últimas dos imágenes, y la de los anillos que usé para la composición BOAT del principio. 

Otro paper interesante es el que deduce propiedades estructurales del jet a partir de las observaciones y modelos astrofísicos, y que puede explicar (parece) por qué fue tan brillante. Traté, pero no logré rescatar algo contable de manera sencilla. El paper es: O'Connor et al., A structured jet explains the extreme GRB 221009A, Sci. Adv. 9, eadi1405 (2023). Leanlón.