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Un chorro astrofísico es un fenómeno astronómico en el que se emiten flujos de materia ionizada como haces extendidos a lo largo del eje de rotación . [1] Cuando esta materia muy acelerada en el haz se acerca a la velocidad de la luz , los chorros astrofísicos se convierten en chorros relativistas ya que muestran efectos de la relatividad especial .
La formación y el suministro de energía a los chorros astrofísicos son fenómenos muy complejos que se asocian con muchos tipos de fuentes astronómicas de alta energía . Probablemente surjan de interacciones dinámicas dentro de los discos de acreción , cuyos procesos activos están comúnmente conectados con objetos centrales compactos como agujeros negros , estrellas de neutrones o púlsares . Una explicación es que los campos magnéticos enredados están organizados para apuntar dos rayos diametralmente opuestos lejos de la fuente central en ángulos de solo unos pocos grados de ancho (c. > 1%). [2] Los chorros también pueden estar influenciados por un efecto de la relatividad general conocido como arrastre de marco . [3]
La mayoría de los chorros más grandes y activos son creados por agujeros negros supermasivos (SMBH) en el centro de galaxias activas como cuásares y radiogalaxias o dentro de cúmulos de galaxias. [4] Estos chorros pueden superar los millones de parsecs de longitud. [2] Otros objetos astronómicos que contienen chorros incluyen estrellas variables cataclísmicas , sistemas binarios de rayos X y estallidos de rayos gamma (GRB). Se pueden encontrar chorros en una escala mucho más pequeña (~parsecs) en regiones de formación estelar, incluidas las estrellas T Tauri y los objetos Herbig-Haro ; estos objetos se forman parcialmente por la interacción de chorros con el medio interestelar . Los flujos bipolares también pueden estar asociados con protoestrellas , [5] o con estrellas post-AGB evolucionadas , nebulosas planetarias y nebulosas bipolares .
Chorros relativistas
Los chorros relativistas son haces de materia ionizada acelerados cerca de la velocidad de la luz. La mayoría han sido asociados observacionalmente con agujeros negros centrales de algunas galaxias activas , radiogalaxias o cuásares , y también por agujeros negros estelares galácticos , estrellas de neutrones o púlsares . Las longitudes de los haces pueden extenderse entre varios miles, [6] cientos de miles [7] o millones de parsecs. [2] Las velocidades de los chorros cuando se acercan a la velocidad de la luz muestran efectos significativos de la teoría especial de la relatividad ; por ejemplo, los rayos relativistas que cambian el brillo aparente del haz. [8]
Los agujeros negros masivos centrales en las galaxias tienen los chorros más potentes, pero su estructura y comportamientos son similares a los de las estrellas de neutrones y los agujeros negros galácticos más pequeños . Estos sistemas de SMBH a menudo se denominan microcuásares y muestran un amplio rango de velocidades. El chorro SS 433 , por ejemplo, tiene una velocidad media de 0,26 c . [9] La formación de chorros relativistas también puede explicar los estallidos de rayos gamma observados , que tienen los chorros más relativistas conocidos, siendo ultrarelativistas . [10]
Los mecanismos detrás de la composición de los chorros siguen siendo inciertos, [11] aunque algunos estudios favorecen modelos donde los chorros están compuestos de una mezcla eléctricamente neutra de núcleos , electrones y positrones , mientras que otros son consistentes con chorros compuestos de plasma de positrones y electrones. [12] [13] [14] Se esperaría que los núcleos traza arrastrados en un chorro relativista de positrones y electrones tuvieran una energía extremadamente alta, ya que estos núcleos más pesados deberían alcanzar una velocidad igual a la velocidad del positrón y el electrón.
La rotación como posible fuente de energía
Debido a la enorme cantidad de energía necesaria para lanzar un chorro relativista, es posible que algunos chorros sean impulsados por agujeros negros giratorios . Sin embargo, la frecuencia de fuentes astrofísicas de alta energía con chorros sugiere combinaciones de diferentes mecanismos indirectamente identificados con la energía dentro del disco de acreción asociado y las emisiones de rayos X de la fuente generadora. Se han utilizado dos teorías tempranas para explicar cómo se puede transferir energía desde un agujero negro a un chorro astrofísico:
- Proceso de Blandford-Znajek . [15] Esta teoría explica la extracción de energía de los campos magnéticos alrededor de un disco de acreción, que son arrastrados y retorcidos por el giro del agujero negro. El material relativista es entonces lanzado de manera factible por el estrechamiento de las líneas de campo.
- Mecanismo de Penrose . [16] Aquí se extrae energía de un agujero negro giratorio mediante el arrastre de marcos , que luego Reva Kay Williams demostró teóricamente que podía extraer energía y momento de partículas relativistas, [17] y posteriormente se demostró que era un posible mecanismo para la formación de chorros. [18] Este efecto incluye el uso del gravitomagnetismo relativista general .
Chorros relativistas de estrellas de neutrones
También se pueden observar chorros desde estrellas de neutrones giratorias. Un ejemplo es el púlsar IGR J11014-6103 , que tiene el chorro más grande observado hasta ahora en la Vía Láctea , y cuya velocidad se estima en el 80% de la velocidad de la luz (0,8 c ). Se han obtenido observaciones de rayos X, pero no se ha detectado ninguna firma de radio ni disco de acreción. [19] [20] Inicialmente, se suponía que este púlsar giraba rápidamente, pero mediciones posteriores indican que la velocidad de giro es de solo 15,9 Hz. [21] [22] Una velocidad de giro tan lenta y la falta de material de acreción sugieren que el chorro no está impulsado ni por rotación ni por acreción, aunque parece alineado con el eje de rotación del púlsar y perpendicular al movimiento real del púlsar.
Otras imágenes
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Ilustración de la dinámica de un propilo , incluido un chorro -
Centaurus A en rayos X que muestra el chorro relativista -
El chorro M87 visto por el Very Large Array en frecuencia de radio (el campo de visión es más grande y está rotado con respecto a la imagen de arriba). -
Imagen en el ultravioleta cercano del archivo del legado del Hubble del chorro relativista en 3C 66B -
En la posición de las tres en punto se puede ver la galaxia NGC 3862 , un chorro extragaláctico de material que se mueve casi a la velocidad de la luz. -
Algunos de los chorros en HH 24-26 , que contiene la mayor concentración de chorros conocida en cualquier lugar del cielo.
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Véase también
- Disco de acreción
- Flujo de salida bipolar
- Proceso Blandford-Znajek
- Objeto Herbig-Haro
- Proceso de Penrose
- CGCG 049-033 , galaxia elíptica situada a 600 millones de años luz de la Tierra, conocida por tener el chorro galáctico más largo descubierto
- Explosión de rayos gamma
- chorro solar
Referencias
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Enlaces externos
- NASA – Pregúntele a un astrofísico: Chorros bipolares de agujeros negros
- SPACE.com – Física retorcida: cómo los agujeros negros emiten luz
- Blandford, Roger; Agol, Eric; Broderick, Avery; Heyl, Jeremy; Koopmans, Leon; Lee, Hee-Won (2001). "Objetos compactos y discos de acreción". arXiv : astro-ph/0107228v1 .
- Vídeo del Hubble muestra una colisión de choque dentro del chorro de un agujero negro (artículo)
