Los astrónomos están utilizando 100 agujeros negros supermasivos recién descubiertos como laboratorio para experimentos de física extrema.
Estos agujeros negros reciben el sobrenombre de «blazars» porque disparan chorros explosivos de materia y radiación directamente a la Tierra. Los entornos de agujeros negros extremos son perfectos para probar la física hasta sus límites, dijo uno de los autores del estudio en un comunicado.
«Nos brindan la oportunidad de estudiar las teorías de la relatividad, comprender mejor cómo se comportan las partículas a altas energías, estudiar las posibles fuentes de rayos cósmicos que llegan a la Tierra y estudiar la evolución y la formación de agujeros negros supermasivos y sus chorros». Abe Falcon, jefe del grupo de astrofísica de alta energía en Penn State, dijo en un comunicado del 10 de mayo (se abre en una nueva pestaña).
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Los blazars se lanzan cuando parte de la materia que rodea un agujero negro supermasivo no cae a su superficie, sino que viaja hacia los polos del agujero negro a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Debido a que la actividad de los chorros está directamente relacionada con la forma en que los agujeros negros supermasivos acumulan masa, revelar este fenómeno podría mostrar cómo estos titanes cósmicos alcanzan masas equivalentes a millones o incluso miles de millones de veces la del sol.
«Debido a que el chorro de un blazar apunta directamente hacia nosotros, podemos verlos desde mucho más lejos que otros sistemas de agujeros negros, de la misma manera que una linterna parece más brillante cuando la miras directamente», dijo el autor principal de la investigación y Penn. Estado. El estudiante de posgrado en astronomía y astrofísica, Stephen Kerby, dijo en el mismo comunicado. «Los blazars son emocionantes de estudiar porque sus propiedades nos permiten responder preguntas sobre los agujeros negros supermasivos en todo el universo».
El equipo encontró los nuevos blazares al observar emisiones cósmicas de alta energía no clasificadas con telescopios. Estos blazares recién identificados son tenues en comparación con los ejemplos típicos de estos poderosos objetos cósmicos, que a menudo pueden eclipsar la luz combinada de todas las estrellas de la galaxia que los alberga. Los blazers más oscuros permitieron al equipo probar una teoría controvertida en torno a los espectáculos de blazar, llamada «secuencia de blazar».
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Los blazars emiten luz en todo el espectro electromagnético, desde luz de baja energía como las ondas de radio hasta rayos gamma extremadamente energéticos. Sin embargo, el espectro de la luz blazar tiende a alcanzar su punto máximo en dos longitudes de onda específicas: en longitudes de onda de rayos gamma y en un rango de longitudes de onda de baja energía. (La longitud de onda exacta de estos picos varía de blazar a blazar y puede cambiar con el tiempo).
La teoría de la secuencia de blazar predice que el pico de energía más bajo para blazars brillantes estará más hacia el rojo (o el extremo de energía más baja) del espectro electromagnético que el mismo pico para blazars más débiles. Sin embargo, las observaciones para confirmar la teoría han sido difíciles de obtener.
«Con nuestros telescopios actualmente en funcionamiento, en realidad es muy difícil detectar y clasificar los blazares de baja energía, los rojos, que también son débiles, mientras que es mucho más fácil encontrar estos blazares cuando sus picos están en energías más altas o cuando están brillante», dijo Falcone.
La investigación más reciente, por otro lado, tiene como objetivo comenzar a «explorar la secuencia de blazar profundizando en las luminosidades más bajas de los blazares de baja y alta energía», agregó.
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El equipo examinó un catálogo de fuentes de rayos gamma detectadas por el Telescopio de Área Grande Fermi y encontró emisiones de alta energía que aún no se habían relacionado con un pico de baja energía de la misma fuente. Por cada blazar visto en rayos gamma, los astrónomos han encontrado una emisión equivalente en rayos X, luz ultravioleta o luz visible detectada por el Observatorio Neil Gehrels Swift. La obtención de datos de Swift del archivo ayudó al equipo a caracterizar la luz de 106 nuevos blazars tenues.
«Las observaciones del telescopio Swift nos han permitido ubicar las posiciones de estos blazares con mucha más precisión que solo con los datos de Fermi», explicó Kerby. «Reunir todos estos datos de emisión, combinados con dos nuevos enfoques técnicos, nos ayudó a identificar en qué parte del espectro electromagnético se produce el pico de baja energía para cada uno de los blazars».
El aprendizaje automático (una forma de inteligencia artificial) y el modelado físico ayudaron en la investigación, y ambos confirmaron que los blazars tenues de muestra suelen alcanzar su punto máximo en luz azul de alta energía.
En el futuro, el equipo intentará usar este conjunto de datos para hacer predicciones sobre blazares que todavía están demasiado oscuros para que los astrónomos los detecten directamente.
«Todavía hay mil fuentes que no son de Fermi para las que no hemos encontrado ninguna contraparte de rayos X, y es una suposición bastante segura que muchas de estas fuentes también son blazares que son demasiado débiles en los rayos X para que podamos detectarlos», dijo Kerby.
Este estudio futuro también podría permitir que el equipo probara más la secuencia blazar. El nuevo trabajo también podría mostrar la fuerza del campo magnético de un chorro blazar y la velocidad a la que se mueven las partículas cargadas que contiene, dijo Kerby.
“Es importante trabajar siempre para expandir nuestros conjuntos de datos para llegar a las fuentes de gradación y gradación, ya que esto hace que nuestras teorías sean más completas y menos propensas a fallar debido a sesgos inesperados”, dijo el estudiante graduado. . «Estoy emocionado por los nuevos telescopios para investigar blazares aún más oscuros en el futuro».
La investigación del equipo ha sido aceptada para su publicación en el Astrophysical Journal y ha sido publicada en el servidor de preimpresión arXiv (se abre en una nueva pestaña) 3 de mayo.
