El telescopio gigante, 8 veces el tamaño de la Tierra, revela una vista sin precedentes del colosal chorro cósmico

Un telescopio más grande que la Tierra ha encontrado un hilo de plasma en el Universo.

Utilizando una red de radiotelescopios en la Tierra y en el espacio, los astrónomos han capturado la vista más detallada hasta ahora de un chorro de plasma disparando desde un supermasivo agujero negro en el corazón de una galaxia lejana.

El chorro, que proviene del corazón de un distante blazar llamado 3C 279, viaja casi a la velocidad de la luz y muestra patrones complejos y retorcidos cerca de su fuente. Estos modelos desafían la teoría estándar utilizada durante 40 años para explicar cómo se forman y cambian estos chorros con el tiempo.

Una contribución importante a las observaciones fue posible gracias al 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 alrededor de 100.000 kilómetros.

Sus hallazgos fueron publicados recientemente en astronomía natural.

Figura 1: Filamentos enredados en el blazar 3C 279. Imagen de alta resolución del chorro relativista en esta fuente observado por el programa RadioAstron. La imagen revela una estructura compleja dentro del chorro con varios filamentos a escala de pársec que forman una forma helicoidal. La serie incluye datos de radiotelescopios de todo el mundo y de la órbita terrestre, incluido el radiotelescopio Effelsberg de 100 metros. Los datos fueron posprocesados ​​en el centro correlativo del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Créditos: Colaboración NASA/DOE/Fermi LAT; VLBA/Jorstad et al.; RadioAstron/Fuentes et al.

Perspectivas de Blazar

Los blazares son las fuentes de radiación electromagnética más brillantes y poderosas del cosmos. Son una subclase de núcleos galácticos activos que incluye galaxias con un agujero negro supermasivo central que acumula materia de un disco circundante. Alrededor del 10% de los núcleos galácticos activos, clasificados como quásares, producen chorros de plasma relativistas. Los Bazares pertenecen a una pequeña fracción de quásares donde podemos ver estos chorros apuntando casi directamente al observador.

Recientemente, un equipo de investigadores, incluidos científicos del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania, tomó imágenes de la región más interna del chorro en el blazar 3C 279 con una resolución angular sin precedentes y detectó filamentos helicoidales extraordinariamente regulares que pueden requerir una Revisión de los modelos teóricos utilizados hasta ahora para explicar los procesos mediante los cuales se producen chorros en galaxias activas.

“Gracias a RadioAstron, la misión espacial para la cual el radiotelescopio en órbita alcanzó distancias hasta la Luna, y a una red de veintitrés radiotelescopios distribuidos por toda la Tierra, obtuvimos la imagen de altísima resolución del interior de un planeta blazar arriba hasta hoy, lo que nos permite observar por primera vez la estructura interna del chorro con tanto detalle”, afirma Antonio Fuentes, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) en Granada, España, que dirigió el trabajo.

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 blazar con un agujero negro supermasivo en su centro. El chorro tiene al menos dos filamentos de plasma retorcidos que se extienden a más de 570 años luz del centro.

“Esta es la primera vez que vemos filamentos de este tipo tan cerca del origen del chorro y nos dicen más sobre cómo el agujero negro da forma al plasma. El chorro interno también fue observado por otros dos telescopios, el GMVA y el EHT, en longitudes de onda mucho más cortas (3,5 mm y 1,3 mm), pero no pudieron detectar las formas filamentosas porque eran demasiado débiles y demasiado grandes para esta resolución. ”, explica Eduardo Ros, miembro del grupo de investigación y planificador europeo de la 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 de 350.000 km). Crédito: Roscosmos

Los chorros de plasma que salen de los blazares no son exactamente rectos y uniformes. Muestran giros que muestran cómo el plasma se ve afectado por las fuerzas alrededor del agujero negro. Los astrónomos que estudiaron estos giros en 3C279, llamados filamentos helicoidales, descubrieron que eran causados ​​por inestabilidades que se desarrollaban en el plasma del chorro. En el proceso, también se dieron cuenta de que la vieja teoría que habían utilizado para explicar cómo cambiaban los chorros con el tiempo ya no funcionaba. Por lo tanto, se necesitan nuevos modelos teóricos que puedan explicar cómo se forman y evolucionan estos filamentos helicoidales tan 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 intrigante de nuestros resultados es que sugieren la presencia de un campo magnético helicoidal que confina el chorro», dice Guang-Yao Zhao, actualmente afiliado al MPIfR y miembro del equipo de científicos. «Por lo tanto, podría ser el campo magnético, que gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor del chorro en 3C 279, el que dirige y guía el plasma del chorro que se mueve a una velocidad de 0,997 veces la velocidad de la luz».

«Se han observado previamente filamentos helicoidales similares en chorros extragalácticos, pero a escalas mucho mayores, donde se cree que surgen de diferentes partes del flujo que se mueven a diferentes velocidades y se frotan entre sí», añade Andrei Lobanov, otro científico del MPIfR que participa en la investigación. equipo. . «Con este estudio entramos en un terreno completamente nuevo en el que estos filamentos pueden vincularse con los procesos más complejos en las inmediaciones del agujero negro que produce el chorro».

El estudio del chorro interno en 3C279, presentado ahora en el último número de Nature Astronomy, amplía los esfuerzos en curso para comprender mejor el papel de los campos magnéticos en la formación inicial de flujos relativistas de los núcleos galácticos activos. Destaca los muchos desafíos pendientes para el modelado teórico actual de estos procesos y demuestra la necesidad de seguir mejorando los instrumentos y técnicas de radioastronomía que ofrecen la oportunidad única de obtener imágenes de objetos cósmicos distantes con una resolución angular récord.

Avances tecnológicos y colaboración

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 una observación combinando y correlacionando datos de varios radioobservatorios. Yuri Kovalev, científico del proyecto RadioAstron, ahora en MPIfR, destaca la importancia de una colaboración internacional saludable para lograr tales resultados: “Observadores de doce países se sincronizaron con la antena espacial utilizando relojes de hidrógeno, formando un telescopio virtual tan grande como la distancia de la Tierra. Luna.»

Anton Zensus, director del MPIfR y una de las fuerzas impulsoras detrás de la misión RadioAstron durante las últimas dos décadas, dice: “Los experimentos de RADIOASTRON que llevaron a imágenes como estas para el cuásar 3C279 son resultados excepcionales posibles gracias a la colaboración científica internacional de observatorios y científicos de muchos países. La misión requirió décadas de planificación conjunta antes del lanzamiento del satélite. La obtención de imágenes reales fue posible conectando grandes telescopios terrestres como el Effelsberg y mediante un cuidadoso análisis de datos en nuestro centro de correlación VLBI en Bonn”.

Referencia: “Estructuras filamentosas como origen de la radiovariabilidad del chorro blazar” por Antonio Fuentes, José L. Gómez, José M. Martí, Manel Perucho, Guang-Yao Zhao, Rocco Lico, Andrei P. Lobanov, Gabriele Bruni, Yuri Y. Kovalev, Andrew Chael, Kazunori Akiyama, Katherine L. Bouman, He Sun, Ilje Cho, Efthalia Traianou, Teresa Toscano, Rohan Dahale, Marianna Foschi, Leonid I. Gurvits, Svetlana Jorstad, Jae-Young Kim, Alan P. Marscher , Yosuke Mizuno, Eduardo Ros y Tuomas Savolainen, 26 de octubre de 2023, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-023-02105-7

Más información

La misión RadioAstron Earth-Space Interferometer, activa desde julio de 2011 hasta mayo de 2019, consistió en un radiotelescopio en órbita de 10 metros (Spektr-R) y una colección de aproximadamente dos docenas de los radiotelescopios terrestres más grandes del mundo, incluido el Effelsberg. Radiotelescopio desde 100 metros. Cuando se combinaron señales de telescopios individuales utilizando interferencias de ondas de radio, este conjunto de telescopios proporcionó una resolución angular máxima equivalente a un radiotelescopio de 350.000 km de diámetro, casi la distancia entre la Tierra y la Luna. Esto convirtió a RadioAstron en el instrumento con mayor resolución angular en la historia de la astronomía. El proyecto RadioAstron fue dirigido por el Centro Astroespacial del Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia y la Asociación Científica y de Producción Lavochkin en virtud de un contrato con la Corporación Espacial Estatal ROSCOSMOS, en cooperación con organizaciones asociadas en Rusia y otros países. Los datos astronómicos de esta misión son analizados por científicos individuales de todo el mundo, lo que da como resultado resultados como los que se presentan aquí.

Los siguientes colaboradores del trabajo presentado están afiliados 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 Lico y Gabriele Bruni también estuvieron afiliados al MPIfR durante el período de la misión RadioAstron.

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