Un chorro astrofísico es un fenómeno astronómico en el que las salidas de materia ionizada se emiten como un haz extendido a lo largo del eje de rotación . [1] Cuando esta materia muy acelerada en el rayo 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 la alimentación de chorros astrofísicos son fenómenos muy complejos que están asociados con muchos tipos de fuentes astronómicas de alta energía. Es probable que 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 haces diametralmente opuestos lejos de la fuente central en ángulos de solo varios grados de ancho (c.> 1%). [2] Los chorros también pueden verse influenciados por un efecto de relatividad general conocido como arrastre de cuadros . [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 , binarios de rayos X y estallidos de rayos gamma (GRB). Otros están asociados con regiones de formación de estrellas, incluidas las estrellas T Tauri y los objetos Herbig-Haro , que son causados por la interacción de chorros con el medio interestelar . Las salidas o chorros 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 se ha asociado observacionalmente con agujeros negros centrales de algunas galaxias activas , radiogalaxias o quásares , y también con 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 pársecs. [2] Las velocidades del chorro cuando se acercan a la velocidad de la luz muestran efectos significativos de la teoría especial de la relatividad ; por ejemplo, radiación relativista que cambia el brillo aparente del haz. [8]
Los agujeros negros centrales masivos en las galaxias tienen los chorros más poderosos, pero su estructura y comportamiento son similares a los de las estrellas de neutrones galácticas más pequeñas y los agujeros negros . Estos sistemas SMBH a menudo se denominan microcuásares y muestran una amplia gama de velocidades. El chorro SS433 , 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 .
Los mecanismos detrás de la composición de los chorros siguen siendo inciertos, [10] aunque algunos estudios favorecen modelos en los que los chorros están compuestos por una mezcla eléctricamente neutra de núcleos , electrones y positrones , mientras que otros son consistentes con chorros compuestos de plasma de positrones y electrones. [11] [12] [13] Se esperaría que los núcleos traza arrastrados en un chorro relativista de positrones-electrones tuvieran una energía extremadamente alta, ya que estos núcleos más pesados deberían alcanzar una velocidad igual a la del positrón y el electrón.
Rotación como posible fuente de energía
Debido a la enorme cantidad de energía necesaria para lanzar un chorro relativista, algunos chorros posiblemente sean impulsados por agujeros negros giratorios . Sin embargo, la frecuencia de las fuentes astrofísicas de alta energía con chorros sugiere combinaciones de diferentes mecanismos identificados indirectamente 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 de un agujero negro a un chorro astrofísico:
- Proceso de Blandford-Znajek . [14] 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 se lanza entonces de manera factible mediante el endurecimiento de las líneas de campo.
- Mecanismo de Penrose . [15] Aquí la energía se extrae de un agujero negro en rotación mediante el arrastre del cuadro , que luego se demostró teóricamente que es capaz de extraer energía y momento relativistas de las partículas, [16] y posteriormente se demostró que es un posible mecanismo para la formación de chorros. [17] Este efecto también puede explicarse en términos de Gravitoelectromagnetismo .
Chorros relativistas de estrellas de neutrones
También se pueden observar chorros de estrellas de neutrones en rotación. Un ejemplo es el pulsar IGR J11014-6103 , que tiene el chorro más grande observado hasta ahora en la Vía Láctea , y cuya velocidad se estima en un 80% de la velocidad de la luz (0,8 c ). Se han obtenido observaciones de rayos X, pero no se ha detectado una firma de radio ni un disco de acreción. [18] [19] Inicialmente, se suponía que este púlsar giraba rápidamente, pero las mediciones posteriores indican que la velocidad de giro es de solo 15,9 Hz. [20] [21] Una velocidad de giro tan lenta y la falta de material de acreción sugieren que el chorro no funciona ni por rotación ni por acreción, aunque parece alineado con el eje de rotación del púlsar y perpendicular al verdadero movimiento del púlsar.
Otras imagenes
Centaurus A en rayos X que muestran el chorro relativista
El chorro M87 visto por Very Large Array en radiofrecuencia (el campo de visión es más grande y está girado con respecto a la imagen de arriba).
Hubble Legacy Archive Near- Imagen ultravioleta del chorro relativista en 3C 66B
Galaxy NGC 3862, un chorro extragaláctico de material que se mueve a casi la velocidad de la luz se puede ver en la posición de las tres en punto.
Algunos de los chorros en HH 24-26 , que contiene la mayor concentración de chorros conocida en cualquier parte del cielo.
Ver también
- Disco de acreción
- Flujo de salida bipolar
- Proceso Blandford-Znajek
- CGCG 049-033 , galaxia elíptica ubicada a 600 millones de años luz de la Tierra, conocida por tener el chorro galáctico más largo descubierto
- Lista de artículos de física del plasma
Referencias
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enlaces externos
- NASA - Pregúntele a un astrofísico: Jets bipolares de agujero negro
- SPACE.com - Twisted Physics: Cómo salen los agujeros negros
- Blandford, Roger; Agol, Eric; Broderick, Avery; Heyl, Jeremy; Koopmans, Leon; Lee, Hee-Won (2001). "Objetos compactos y discos de acreción". arXiv : astro-ph / 0107228v1 .
- Video del Hubble muestra una colisión de impacto dentro de un chorro de agujero negro ( artículo )