Un blazar es un núcleo galáctico activo (AGN) con un chorro relativista (un chorro compuesto de materia ionizada que viaja casi a la velocidad de la luz ) dirigido casi hacia un observador. La emisión relativista de radiación electromagnética del chorro hace que los blazares parezcan mucho más brillantes de lo que serían si el chorro apuntara en una dirección alejada de la Tierra. [1] Los blazares son poderosas fuentes de emisión en todo el espectro electromagnético y se observa que son fuentes de fotones de rayos gamma de alta energía . Los blazares son fuentes altamente variables, que a menudo experimentan fluctuaciones rápidas y dramáticas en el brillo en escalas de tiempo cortas (horas a días). Algunos chorros de blazar parecen exhibir un movimiento superlumínico , otra consecuencia del material en el chorro que viaja hacia el observador a casi la velocidad de la luz.
La categoría de blazares incluye objetos BL Lac y cuásares ópticamente violentamente variables (OVV) . La teoría generalmente aceptada es que los objetos BL Lac son intrínsecamente radiogalaxias de baja potencia, mientras que los cuásares OVV son intrínsecamente poderosos cuásares de radio-ruidos . El nombre "blazar" fue acuñado en 1978 por el astrónomo Edward Spiegel para denotar la combinación de estas dos clases. [2]
En las imágenes de longitud de onda visible, la mayoría de los blazares aparecen compactos y puntuales, pero las imágenes de alta resolución revelan que están ubicados en los centros de galaxias elípticas . [3]
Los blazares son temas importantes de investigación en astronomía y astrofísica de alta energía . La investigación sobre blazares incluye el estudio de las propiedades de los discos y chorros de acreción , los agujeros negros supermasivos centrales y las galaxias anfitrionas circundantes , y la emisión de fotones de alta energía , rayos cósmicos y neutrinos .
En julio de 2018, el equipo del Observatorio de Neutrinos IceCube rastreó un neutrino que impactó en su detector en la Antártida en septiembre de 2017 hasta su punto de origen en un blazar a 3.700 millones de años luz de distancia. Esta fue la primera vez que se utilizó un detector de neutrinos para localizar un objeto en el espacio. [4] [5] [6]
Se cree que los blazares, como todos los núcleos galácticos activos (AGN), se alimentan de material que cae en un agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia anfitriona. El gas, el polvo y alguna estrella ocasional son capturados y se desplazan en espiral hacia este agujero negro central, creando un disco de acreción caliente que genera enormes cantidades de energía en forma de fotones , electrones , positrones y otras partículas elementales . Esta región es relativamente pequeña, de aproximadamente 10 −3 parsecs de tamaño.
También hay un toroide opaco más grande que se extiende varios pársecs desde el agujero negro y que contiene un gas caliente con regiones incrustadas de mayor densidad. Estas "nubes" pueden absorber y reemitir energía desde regiones más cercanas al agujero negro. En la Tierra, las nubes se detectan como líneas de emisión en el espectro del blazar .
Perpendicularmente al disco de acreción, un par de chorros relativistas transportan plasma altamente energético lejos del AGN. El chorro está colimado por una combinación de campos magnéticos intensos y vientos poderosos provenientes del disco de acreción y el toroide. Dentro del chorro, fotones y partículas de alta energía interactúan entre sí y con el fuerte campo magnético. Estos chorros relativistas pueden extenderse hasta varias decenas de kiloparsecs desde el agujero negro central.
Todas estas regiones pueden producir una variedad de energía observada, principalmente en forma de un espectro no térmico que va desde la radio de muy baja frecuencia hasta los rayos gamma extremadamente energéticos, con una alta polarización (normalmente un pequeño porcentaje) en algunas frecuencias. El espectro no térmico consiste en radiación de sincrotrón en el rango de radio a rayos X, y emisión Compton inversa en la región de rayos X a rayos gamma. Un espectro térmico que alcanza su pico en la región ultravioleta y líneas de emisión óptica tenues también están presentes en los cuásares OVV, pero son tenues o inexistentes en los objetos BL Lac.
La emisión observada de un blazar se ve enormemente potenciada por los efectos relativistas en el chorro, un proceso denominado emisión relativista . La velocidad global del plasma que constituye el chorro puede estar en el rango del 95% al 99% de la velocidad de la luz, aunque las partículas individuales se mueven a velocidades más altas en varias direcciones.
La relación entre la luminosidad emitida en el marco de referencia en reposo del chorro y la luminosidad observada desde la Tierra depende de las características del chorro, entre las que se incluyen si la luminosidad surge de un frente de choque o de una serie de manchas más brillantes en el chorro, así como de los detalles de los campos magnéticos dentro del chorro y su interacción con las partículas en movimiento.
Un modelo simple de emisión ilustra los efectos relativistas básicos que conectan la luminosidad en el marco de reposo del chorro, S e , y la luminosidad observada en la Tierra, S o : S o es proporcional a S e × D 2 , donde D es el factor Doppler .
Si lo consideramos con mucho más detalle, se observan tres efectos relativistas:
Consideremos un chorro con un ángulo respecto a la línea de visión θ = 5° y una velocidad del 99,9% de la velocidad de la luz. La luminosidad observada desde la Tierra es 70 veces mayor que la luminosidad emitida. Sin embargo, si θ está en el valor mínimo de 0°, el chorro parecerá 600 veces más brillante desde la Tierra.
La irradiación relativista también tiene otra consecuencia crítica. El chorro que no se acerca a la Tierra aparecerá más tenue debido a los mismos efectos relativistas. Por lo tanto, dos chorros intrínsecamente idénticos aparecerán significativamente asimétricos. En el ejemplo dado anteriormente, cualquier chorro donde θ > 35° se observará en la Tierra como menos luminoso de lo que sería desde el marco de referencia del chorro en reposo.
Otra consecuencia es que una población de AGN intrínsecamente idénticos dispersos en el espacio con orientaciones de chorro aleatorias parecerá una población muy heterogénea en la Tierra. Los pocos objetos en los que θ es pequeño tendrán un chorro muy brillante, mientras que el resto aparentemente tendrá chorros considerablemente más débiles. Aquellos en los que θ varía de 90° parecerán tener chorros asimétricos.
Esta es la esencia de la conexión entre los blazares y las radiogalaxias. Los AGN que tienen chorros orientados cerca de la línea de visión con la Tierra pueden parecer extremadamente diferentes de otros AGN, incluso si son intrínsecamente idénticos.
Muchos de los blazares más brillantes fueron identificados en un principio, no como poderosas galaxias distantes, sino como estrellas variables irregulares de nuestra propia galaxia. Estos blazares, como las auténticas estrellas variables irregulares, cambiaban de brillo en períodos de días o años, pero sin seguir ningún patrón.
Los primeros avances de la radioastronomía habían demostrado que en el cielo hay muchas fuentes de radio brillantes. A finales de los años 50, la resolución de los radiotelescopios era suficiente para identificar fuentes de radio específicas con sus contrapartes ópticas, lo que condujo al descubrimiento de los cuásares . Los blazares estaban muy representados entre estos primeros cuásares, y el primer desplazamiento al rojo se encontró en 3C 273 , un cuásar muy variable que también es un blazar.
En 1968 se estableció una conexión similar entre la "estrella variable" BL Lacertae y una potente fuente de radio, VRO 42.22.01. [7] BL Lacertae muestra muchas de las características de los cuásares, pero el espectro óptico carecía de las líneas espectrales que se utilizan para determinar el corrimiento al rojo. En 1974 se encontraron débiles indicios de una galaxia subyacente, prueba de que BL Lacertae no era una estrella.
La naturaleza extragaláctica de BL Lacertae no fue una sorpresa. En 1972, unas cuantas fuentes ópticas y de radio variables se agruparon y se propusieron como una nueva clase de galaxia: objetos de tipo BL Lacertae . Esta terminología pronto se acortó a "objeto BL Lacertae", "objeto BL Lac" o simplemente "BL Lac". (Este último término también puede referirse al blazar individual original y no a toda la clase).
En 2003 [actualizar]se conocían unos cientos de objetos BL Lac. Uno de los blazares más cercanos se encuentra a 2.500 millones de años luz de distancia. [8] [9]
Se cree que los blazares son núcleos galácticos activos , con chorros relativistas orientados cerca de la línea de visión del observador.
La orientación especial de los chorros explica las características peculiares generales: alta luminosidad observada, variación muy rápida, alta polarización (en comparación con los cuásares no blazares) y los aparentes movimientos superlumínicos detectados a lo largo de los primeros parsecs de los chorros en la mayoría de los blazares.
Se ha aceptado generalmente un esquema o modelo unificado, en el que los cuásares altamente variables están relacionados con radiogalaxias intrínsecamente potentes, y los objetos BL Lac están relacionados con radiogalaxias intrínsecamente débiles. [10] La distinción entre estas dos poblaciones conectadas explica la diferencia en las propiedades de las líneas de emisión en los blazares. [11]
Otras explicaciones propuestas para el enfoque del chorro relativista/esquema unificado incluyen la microlente gravitacional y la emisión coherente del chorro relativista. Ninguna de estas explica las propiedades generales de los blazares. Por ejemplo, la microlente es acromática, es decir, todas las partes de un espectro ascenderían y descenderían juntas. Esto no se observa en los blazares. Sin embargo, es posible que estos procesos, así como la física del plasma más compleja, puedan explicar observaciones específicas o algunos detalles.
Entre los ejemplos de blazares se incluyen 3C 454.3 , 3C 273 , BL Lacertae , PKS 2155-304 , Markarian 421 , Markarian 501 , 4C +71.07 , PKS 0537-286 (QSO 0537-286) y S5 0014+81 . Markarian 501 y S5 0014+81 también se denominan "blazares TeV" por su emisión de rayos gamma de alta energía (rango de teraelectronvoltios).
En julio de 2018, el proyecto IceCube identificó un blazar llamado TXS 0506+056 [12] como fuente de neutrinos de alta energía . [5] [6] [13]
