I buchi neri supermassicci dormienti vengono risvegliati brevemente da stelle frantumate

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Questa immagine, presa dal Very Long Baseline Array (VLBA), mostra due buchi neri supermassicci, che appaiono come macchie con linee rosse. I buchi neri si trovano al centro di una galassia ellittica. I colori rappresentano diverse pendenze spettrali nell’emissione radio, con il rosso che mostra le regioni più dense che circondano i buchi neri. Il buco nero sulla destra probabilmente ha recentemente divorato una stella massiccia, lanciandola su due jet ad alta velocità. Le estremità di questi getti appaiono come punti verdi sopra e sotto il buco nero. Credito: HL Maness/Grinnell College

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Questa immagine, presa dal Very Long Baseline Array (VLBA), mostra due buchi neri supermassicci, che appaiono come macchie con linee rosse. I buchi neri si trovano al centro di una galassia ellittica. I colori rappresentano diverse pendenze spettrali nell’emissione radio, con il rosso che mostra le regioni più dense che circondano i buchi neri. Il buco nero sulla destra probabilmente ha recentemente divorato una stella massiccia, lanciandola su due jet ad alta velocità. Le estremità di questi getti appaiono come punti verdi sopra e sotto il buco nero. Credito: HL Maness/Grinnell College

Una nuova indagine su una misteriosa classe di galassie conosciute come oggetti simmetrici compatti, o CSO, ha rivelato che questi oggetti non sono proprio quello che sembrano. Le CSO sono galassie attive che ospitano buchi neri supermassicci nei loro nuclei. Da questi enormi buchi neri vengono rilasciati due getti, che viaggiano in direzioni opposte a velocità prossime a quella della luce. Ma rispetto ad altre galassie con getti feroci, questi getti non si estendono su grandi distanze, sono molto più compatti.

Per molti decenni, gli astronomi avevano sospettato che le organizzazioni della società civile fossero solo giovani e che i loro aerei alla fine avrebbero viaggiato a distanze maggiori. Ora, lo riportano tre diversi giornali in Giornale astrofisicoun gruppo di ricercatori guidati dal California Institute of Technology ha concluso che le organizzazioni della società civile non sono giovani ma vivono una vita relativamente breve.

“Queste organizzazioni della società civile non sono giovani”, spiega Anthony (Tony) Redhead, professore emerito di astronomia di Robinson, che ha guidato l’indagine. “Non puoi definire un cane di 12 anni una miniatura anche se ha vissuto una vita più breve di un essere umano adulto. Queste creature sono specie distinte che vivono e muoiono per migliaia di anni, non milioni.” Gli anni sono comuni nelle galassie con getti più grandi”.

Nei nuovi studi, il team ha esaminato la letteratura e le osservazioni precedenti di oltre 3.000 candidati CSO, verificando che 64 fossero autentici e identificando altre 15 CSO. Tutti questi oggetti sono stati precedentemente osservati dal Very Long Baseline Array (VLBA) del National Radio Astronomy Observatory, e alcuni sono stati osservati da altri radiotelescopi ad alta risoluzione.

Gli oggetti cosmici chiamati oggetti simmetrici compatti (CSO) si formano probabilmente quando una singola stella massiccia vaga vicino a un buco nero supermassiccio e viene distrutta. Questo processo, evidenziato in questa animazione, dà origine a feroci getti di dipoli che durano fino a 5.000 anni. Credito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

“Le osservazioni VLBA sono le più dettagliate in astronomia, fornendo immagini con dettagli equivalenti alla misurazione della larghezza di un capello umano a una distanza di 100 miglia”, afferma Redhead.

L'analisi del team conclude che le organizzazioni della società civile tengono lontani gli aerei per 5.000 anni o meno e poi muoiono.

“I getti CSO sono getti molto attivi ma sembrano smettere di funzionare”, afferma Vikram Ravi, assistente professore di astronomia al Caltech e coautore di uno degli studi. “I getti smettono di fluire dalla fonte.”

Per quanto riguarda ciò che alimenta i getti di breve durata, gli scienziati pensano che il colpevole sia un evento di distruzione mareale (TDE), che si verifica quando una singola stella vaga troppo vicino a un buco nero supermassiccio e viene mangiata.

“Pensiamo che una stella venga fatta a pezzi, e poi tutta quell'energia venga incanalata in getti lungo l'asse attorno al quale ruota il buco nero”, dice Redhead. “Un buco nero gigante inizia invisibile per noi, e poi quando divora una stella, c'è un'esplosione. Il buco nero ha carburante e possiamo vederlo.”

Questa illustrazione mostra come è probabile che si formino le organizzazioni della società civile, o CSO. Quando una singola stella massiccia si avvicina troppo a un buco nero (a sinistra), viene mangiata. Ciò fa sì che il buco nero emetta un getto dipolare ultraveloce (al centro). Il getto si estende verso l'esterno e le sue punte calde si illuminano di emissioni radio (a destra). Credito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

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Questa illustrazione mostra come è probabile che si formino le organizzazioni della società civile, o CSO. Quando una singola stella massiccia si avvicina troppo a un buco nero (a sinistra), viene mangiata. Ciò fa sì che il buco nero emetta un getto dipolare ultraveloce (al centro). Il getto si estende verso l'esterno e le sue punte calde si illuminano di emissioni radio (a destra). Credito: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

Redhead è stato il primo a sospettare che le organizzazioni della società civile potessero essere supportate dai TDE negli anni '90, ma sostiene che l'idea è passata in gran parte inosservata alla comunità scientifica. “L'ipotesi fu quasi dimenticata, perché passarono anni prima che le prove osservative dei TDE cominciassero ad accumularsi”, dice. Al momento della sua ipotesi iniziale erano state trovate solo tre organizzazioni della società civile.

Avanti veloce fino al 2020. Redhead, che aveva messo in pausa i suoi studi CSO per approfondire vari problemi di radioastronomia, ha deciso che era giunto il momento di rivisitare l'argomento. Ha riunito alcuni colleghi su Zoom e hanno deciso di scavare nella letteratura ed eliminare le cose che erano state etichettate erroneamente come organizzazioni della società civile. Nel corso dei due anni successivi, il team ha esaminato più di 3.000 candidati CSO, restringendo il gruppo a una dozzina che possedeva i criteri necessari per essere una vera CSO.

Alla fine, l’immagine delle organizzazioni della società civile cominciò ad emergere come una famiglia ben distinta di getti che si stavano estinguendo molto prima dei loro fratelli giganti, come quello del potentissimo Cygnus A, una galassia che emette getti estremamente potenti che brillano intensamente alla radio. lunghezze d'onda. . Questi getti si estendono fino a distanze di circa 230.000 anni luce in ciascuna direzione e durano decine di milioni di anni. Al contrario, i getti CSO si estendono fino a circa 1.500 anni luce al massimo e scompaiono dopo circa 5.000 anni.

Secondo gli astronomi, i getti CSO probabilmente si formano quando un buco nero supermassiccio attacca non una stella qualsiasi, ma una stella massiccia.

Questa immagine, scattata dal Very Long Baseline Array (VLBA), mostra il Compact Symmetric Object (CSO) noto come J1734+0926. Le macchie rosse sono le estremità di una potente corrente dipolare emanata da un buco nero invisibile. Crediti: M. L. Lester/Purdue University

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Questa immagine, scattata dal Very Long Baseline Array (VLBA), mostra il Compact Symmetric Object (CSO) noto come J1734+0926. Le macchie rosse sono le estremità di una potente corrente dipolare emanata da un buco nero invisibile. Crediti: M. L. Lester/Purdue University

“I TDE che abbiamo visto in precedenza sono durati solo pochi anni”, afferma Ravi. “Crediamo che i magnifici TDE che alimentano le CSO durino molto più a lungo perché le stelle perturbate sono di dimensioni molto grandi, molto massicce o entrambe le cose”.

Analizzando la vasta gamma di immagini radio delle organizzazioni della società civile, i ricercatori affermano di poter monitorare il modo in cui gli oggetti invecchiano nel tempo, proprio come guardare un album fotografico della vita di una organizzazione della società civile per osservare come si evolvono i suoi jet. Le CSO più giovani hanno getti più corti che sono più vicini ai buchi neri, mentre gli oggetti più vecchi hanno getti che si estendono più lontano dal loro buco nero.

Sebbene la maggior parte dei getti muoia, gli scienziati stimano che uno su 100 diventerà longevo quanto quello di Cygnus A. In questi rari casi, le galassie probabilmente si fonderanno con altre galassie, un processo turbolento che crea un ampio spazio di galassie. . Quantità di carburante.

Se le scoperte di Redhead e del suo team saranno confermate da ulteriori osservazioni, le CSO forniranno un modo completamente nuovo di studiare come le stelle massicce al centro delle galassie interagiscono con i buchi neri supermassicci.

“Questi oggetti sono in realtà un gruppo distinto con una propria origine distinta, e ora tocca a noi saperne di più su di loro e su come sono nati”, afferma Redhead. “La capacità di studiare questi oggetti su scale temporali che vanno da anni a decenni anziché milioni di anni ha aperto le porte a un laboratorio completamente nuovo per studiare i buchi neri supermassicci e le molte sorprese sorprendenti e inaspettate che contengono”.

maggiori informazioni:
S. Kehlmann et al., Oggetti simmetrici compatti. I. Verso un catalogo completo e autentico, Giornale astrofisico (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0c56

S. Kehlmann et al., Oggetti simmetrici compatti. in secondo luogo. Confermando l'esistenza di un gruppo distinto di galassie attive ad elevata luminosità, Giornale astrofisico (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0cc2

AC S Readhead et al., Oggetti simmetrici compatti. Terzo. L'evoluzione del ramo ad alta luminosità e la sua possibile connessione ad eventi di perturbazione mareale, Giornale astrofisico (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0c55

Informazioni sulla rivista:
Giornale astrofisico


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