Un telescopio gigante, ocho veces el tamaño de la Tierra, revela una vista sin precedentes de un chorro cósmico masivo

Un telescopio más grande que la Tierra ha encontrado una cuerda de plasma en el universo.

Utilizando una red de radiotelescopios en la Tierra y en el espacio, los astrónomos pudieron capturar la imagen más detallada jamás vista de un jet desde… plasma Disparando desde supermasa Agujero negro En el corazón de una galaxia muy, muy lejana.

El chorro, que proviene de un núcleo brillante distante llamado 3C 279, viaja casi a la velocidad de la luz y muestra complejos patrones de torsión cerca de su fuente. Estos patrones desafían la teoría estándar que se ha utilizado durante 40 años para explicar cómo se forman y cambian estos flujos con el tiempo.

Una contribución importante a las observaciones la realizó el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, donde se combinaron datos de todos los telescopios participantes para crear un telescopio virtual con un diámetro efectivo de unos 100.000 km.

Sus hallazgos fueron publicados recientemente en astronomía de la naturaleza.

Figura 1: Filamentos entrelazados en el blazar 3C 279. Imagen de alta resolución del plano relativista en esta fuente observado por RadioAstron. La imagen revela una estructura compleja en el plano con varios filamentos del tamaño de un parsec que forman una espiral. La colección incluye datos de radiotelescopios de todo el mundo y de la órbita terrestre, incluido el radiotelescopio Effelsberg de 100 metros. Posteriormente, los datos se procesaron en el Centro de Correlación del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Fuente: Colaboración NASA/DOE/FermiLAT; Vlba/Jorstad et al.; Radio Astron/Fuentes et al.

Información sobre los Blazars

Los blazers son las fuentes de radiación electromagnética más brillantes y poderosas del universo. Es una subclase de núcleos galácticos activos que incluye galaxias con un agujero negro supermasivo central que acumula materia del disco circundante. Alrededor del 10% de los núcleos galácticos activos, clasificados como quásares, producen chorros de plasma relativistas. Los basares pertenecen a una pequeña fracción de los quásares en los que podemos ver estos chorros dirigidos casi directamente hacia el observador.

Recientemente, un equipo de investigadores, incluidos científicos del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania, tomaron imágenes de la región del chorro más interno del blazar 3C 279 con una resolución angular sin precedentes y descubrieron filamentos espirales notablemente regulares que pueden requerir revisión. Modelos utilizados hasta ahora para explicar los procesos mediante los cuales se producen chorros en galaxias activas.

“Gracias a RadioAstron, la misión espacial en la que el radiotelescopio en órbita llegó hasta la Luna, y a una red de veintitrés radiotelescopios distribuidos por la Tierra, hemos obtenido la imagen de mayor resolución del interior de un planeta. » «Los chorros estelares que fluyen hasta ahora nos permiten observar la estructura interna de los chorros con tanto detalle por primera vez», dice Antonio Fuentes, investigador del Instituto Astrofísico de Andalucía (IAA-CSIC) en Granada, España, que dirige la obra.

Implicaciones teóricas y desafíos.

La nueva ventana al universo abierta por la misión RadioAstron ha revelado nuevos detalles en el chorro de plasma de 3C 279, un resplandor con un agujero negro supermasivo en su núcleo. El chorro contiene al menos dos filamentos retorcidos de plasma que se extienden a más de 570 años luz del centro.

«Esta es la primera vez que vemos filamentos de este tipo tan cerca de la fuente de los chorros, y nos dice más sobre cómo el agujero negro forma el plasma. El flujo de entrada también ha sido observado por otros dos telescopios, GMVA y EHT, en longitudes de onda mucho más cortas (3,5 mm y 1,3 mm), pero no pudieron detectar las figuras filamentosas porque eran demasiado débiles y demasiado grandes para esta resolución”, afirma Eduardo Ros, miembro del equipo de investigación y planificador europeo de GMVA. «Esto muestra cómo diferentes telescopios pueden revelar diferentes características del mismo objeto», añade.

Figura 2: La observación RadioAstron VLBI proporciona un telescopio virtual de hasta ocho veces el diámetro de la Tierra (línea de base máxima 350.000 km). Crédito: Roscosmos

Los chorros de plasma que salen de los blazers no son realmente rectos y uniformes. Muestran los giros y vueltas que muestran cómo el plasma se ve afectado por las fuerzas que rodean el agujero negro. Los astrónomos que estudian estos giros en 3C279, llamados filamentos espirales, han descubierto que son causados ​​por inestabilidades que ocurren en el plasma del chorro. En el proceso, también se dieron cuenta de que la vieja teoría que utilizaban para explicar cómo cambian los flujos con el tiempo ya no era válida. Por tanto, se necesitan nuevos modelos teóricos que puedan explicar cómo se forman y evolucionan estos filamentos espirales cerca del origen del chorro. Este es un gran desafío, pero también una gran oportunidad para aprender más sobre estos asombrosos fenómenos cósmicos.

«Un aspecto particularmente interesante que surge de nuestros resultados es que indican la presencia de un campo magnético helicoidal que limita el flujo», dice Guang-Yao Zhao, actualmente afiliado al MPIfR y miembro del equipo de científicos. «Por lo tanto, el campo magnético, que gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor del chorro en 3C 279, podría guiar y dirigir el plasma del chorro que se mueve a 0,997 veces la velocidad de la luz».

«Se han observado anteriormente filamentos espirales similares en chorros extragalácticos, pero a escalas mucho mayores, donde se cree que son causados ​​por diferentes partes del chorro que se mueven a diferentes velocidades y se cortan entre sí», añade Andrei Lobanov, otro científico del MPIfR en el equipo de investigadores. . «Con este estudio entramos en un terreno completamente nuevo en el que estos filamentos pueden vincularse a procesos más complejos en las inmediaciones del agujero negro que produce los chorros».

El estudio del flujo interno en 3C279, que aparece ahora en el último número de Nature Astronomy, amplía la búsqueda en curso para comprender mejor el papel de los campos magnéticos en la formación inicial de flujos relativistas de los núcleos galácticos activos. Enfatiza los muchos desafíos que aún quedan por resolver para el modelado teórico actual de estos procesos y demuestra la necesidad de seguir mejorando los instrumentos y técnicas radioastronómicas que brindan una oportunidad única para obtener imágenes de objetos cósmicos distantes con una resolución angular estándar.

Progreso tecnológico y cooperación.

Utilizando una técnica especial llamada Interferometría de línea de base muy larga (VLBI), se crea un telescopio virtual con un diámetro efectivo igual a la separación máxima entre las antenas involucradas en la observación combinando y correlacionando datos de diferentes radioobservatorios. Yuri Kovalev, científico del proyecto RadioAstron, ahora en MPIfR, destaca la importancia de la cooperación sanitaria internacional para lograr tales resultados: “Se han sincronizado observatorios de doce países con la antena espacial mediante relojes de hidrógeno, formando un telescopio virtual del tamaño de la distancia a la Tierra. » luna.»

«Los experimentos con RADIOASTRON que llevaron a imágenes como esta del cuásar 3C279 son logros extraordinarios posibles gracias a colaboraciones científicas de observatorios internacionales», dice Anton Zinsos, director de MPIfR y una de las fuerzas impulsoras detrás de la misión RadioAstron durante las últimas dos décadas. Y científicos de muchos países. La misión requirió décadas de planificación conjunta antes de que se lanzara el satélite. La captura de imágenes reales es posible conectando grandes telescopios terrestres como el Eifelsberg y mediante un análisis cuidadoso de los datos en nuestro centro de enlace VLBI en Bonn.

Referencia: “Estructuras nemáticas como origen de la radioanisotropía en chorro” por Antonio Fuentes, José L. Gómez, José M. Martí, Manel Perocho, Guang Yao Zhao, Rocco Lecco, Andre P. Kovalev, Andrew Chell, Kazunori Akiyama, Katherine Bowman, He Sun, Ilji Zhu, Eftalia Traiano, Teresa Toscano, Rohan Dahalli, Marianna Fushi, Leonid I. Gurvits, Svetlana Jorstad, Jae-Young Kim, Alan B. Marcher, Yusuke. Mizuno, Eduardo Ros y Tuomas Savolainen, 26 de octubre de 2023, astronomía de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41550-023-02105-7

Más información

La misión del interferómetro de radio Tierra-espacio, activa desde julio de 2011 hasta mayo de 2019, consta de un radiotelescopio en órbita de 10 metros (Spektr-R) y un conjunto de aproximadamente dos docenas de los radiotelescopios terrestres más grandes del mundo, incluidos el radiotelescopio Effelsberg a 100 metros. Cuando las señales de los telescopios individuales se combinaron mediante interferometría de ondas de radio, este grupo de telescopios proporcionó una resolución angular máxima equivalente a un radiotelescopio de 350.000 kilómetros de diámetro, aproximadamente la distancia entre la Tierra y la Luna. Esto convierte a RadioAstron en el instrumento de mayor resolución angular en la historia de la astronomía. El proyecto RadioAstron fue dirigido por el Centro de Astronomía Espacial del Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia y la Sociedad Científica Lavochkin y producido bajo contrato con la empresa espacial estatal ROSCOSMOS, en cooperación con organizaciones asociadas en Rusia y otros países. Los datos astronómicos de esta misión están siendo analizados por científicos individuales de todo el mundo, lo que lleva a resultados como los que se muestran aquí.

Los siguientes colaboradores del trabajo presentado pertenecen a MPIfR, en orden de aparición en la lista de autores: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Efthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros y Tuomas Savolainen. Los colaboradores Rocco Lecco y Gabriele Bruni también estuvieron afiliados al MPIfR durante el período de la misión de RadioAstron.

Yuri Y. Kovalev reconoce el Premio de Investigación Friedrich Wilhelm Bessel de la Fundación Alexander von Humboldt.