Markarian 501 (o Mrk 501 ) es una galaxia con un espectro que se extiende hasta los rayos gamma de mayor energía. [4] Es un blazar u objeto BL Lac , que es un núcleo galáctico activo con un chorro que se dirige hacia la Tierra. El objeto tiene un corrimiento al rojo de z = 0,034. [5]
Mrk 501 es una fuente extremadamente variable de rayos gamma, que experimenta estallidos violentos. [5] Durante un estallido en 1997, fue el objeto más brillante en el cielo en la región de rayos gamma de muy alta energía del espectro, a energías superiores a 10 11 eV (100 GeV). [6]
La galaxia que alberga el blazar fue estudiada y catalogada por Benjamin Markarian en 1974. [7] En 1996, John Quinn del Observatorio Whipple determinó por primera vez que era un emisor de rayos gamma de muy alta energía . [5] [8]
La galaxia elíptica se encuentra en la constelación de Hércules , con una ascensión recta de 16 h 53,9 m y una declinación de +39° 45'. Su tamaño visible parece ser de 1,2 x 1 minuto de arco. [9]
Los rayos gamma de Mrk 501 son extremadamente variables y sufren violentos estallidos. [5] El espectro de rayos gamma de Mrk 501 muestra dos jorobas. Una está por debajo de 1 keV y puede considerarse rayos X y la otra está por encima de 1 TeV. Durante las llamaradas y los estallidos, los picos aumentan en potencia y frecuencia. [5] MAGIC ha medido llamaradas que duran 20 minutos con tiempos de ascenso de 1 minuto . En estas llamaradas, los rayos gamma de mayor energía (de 1,2 Tev) se retrasaron 4 minutos con respecto a los rayos gamma de 0,25 TeV. [10] Este retraso ha dado lugar a varias teorías, incluida la de que el espacio es más grande en pequeñas dimensiones con una textura cuántica espumosa . [11] La espuma crearía una variación en la velocidad de la luz para los rayos gamma de luz de mayor energía y las ondas de radio y la luz visible de menor energía. Tal variación contradeciría la invariancia de Lorentz , pero podría proporcionar una pista para la teoría de la unificación . Las observaciones del Dr. Floyd Stecker del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA de Mrk 501 y Mrk 421 demostraron que no existe violación de la invariancia de Lorentz. [12] La galaxia también es variable en luz visible entre magnitudes 14,5 y 13,6. [13]
Durante las observaciones de descubrimiento se observaron destellos con una frecuencia media de uno cada siete minutos. Los rayos cósmicos (es decir, rayos cósmicos fermiónicos o masivos , a diferencia de los fotones) se descartaron debido a la forma y el tamaño de los destellos, que son pequeños y elípticos para los rayos gamma. El flujo de fotones de más de 300 GeV en ese momento en 1995 era de 8,1 ± 1,5 x 10 −12 cm −2 s −1 [8]
Es probable que los blazares se originen a partir de materia que cae en un agujero negro y posiblemente en un agujero negro binario . La dispersión de velocidad (que es la diferencia máxima en la velocidad hacia o desde la Tierra) observada en la galaxia es de 372 km/s, lo que predice una masa de agujero negro de (0,9 − 3,4) × 10 9 M ⊙ . Sin embargo, la dispersión de velocidad también se midió como 291 y 270 km/s, por lo que la masa central puede ser menor. [14] Una variabilidad de 23 días sugirió que un objeto puede estar orbitando el agujero negro central con un período de 23 días. [14]
Con interferometría de línea de base muy larga , se pueden ver los detalles finos de las ondas de radio con una resolución de hasta milisegundos de arco (mas). Se observa un único punto central muy brillante llamado núcleo . Desde el núcleo emerge una explosión de plasma a velocidad extremadamente alta en forma de cono estrecho como un chorro unilateral .
Después de 30 milisegundos de arco, el chorro, que tiene una longitud de 300 pc, hace un giro de 90° y se abre en abanico. El chorro interior antes del quiebre muestra bordes brillantes o una estructura con el borde iluminado de menos de 10 mas de ancho. Esto probablemente se deba a una parte central del chorro que se mueve rápidamente, combinada con bordes más lentos. [15]
Normalmente, habría chorros de gas que saldrían disparados en direcciones opuestas. El chorro observado es el que mira hacia la Tierra y proyecta plasma hacia ella. También hay un chorro que se aleja de la Tierra, llamado contrachorro . Cerca del núcleo, este contrachorro es mucho más tenue que el chorro principal y es invisible en las ondas de radio.
El brillo del chorro contrario es menor que el del chorro principal en un factor de 1250. Esto implica que el chorro es relativista con Γ aproximadamente 15 (es decir, el plasma se mueve al 99,8% de la velocidad de la luz) y en un ángulo entre 15° y 25° desde la línea de visión desde la Tierra. A 408 MHz, el nivel de potencia es 1,81 Jy , aunque esto es variable. [16]
Más allá de los 10 kpc desde el núcleo, el chorro contrario se hace visible, lo que demuestra que los chorros se han vuelto no relativistas; es decir, el plasma ya no se mueve cerca de la velocidad de la luz. [16] La emisión de radio simétrica se extiende hasta 70", lo que corresponde a 120 a 200 kpc. [16]
En marzo de 2022, los científicos dirigidos por Ioannis Liodakis estudiaron Markarian 501 durante un estado promedio mientras discernían cómo los blazares producen una luz tan brillante utilizando el Explorador de Polarimetría de Rayos X de Imágenes (IXPE). Los investigadores "pudieron demostrar que las partículas en estos chorros están sobrecargadas por frentes de choque, resolviendo una 'pregunta sin respuesta' de larga data sobre la dinámica de estos objetos brillantes". [17] [18]
Conocíamos estas fuentes desde los años 60. Se encuentran entre los objetos más brillantes en rayos X y durante años no sabíamos cómo se formaban. Teníamos algunas teorías, pero los datos de radio y ópticos que pudimos obtener no nos pueden decir mucho.
— Ioannis Liodakis, investigador postdoctoral del Centro Finlandés de Astronomía de la ESO
Las primeras designaciones fueron 4C 39.49 y B2 1652+39. [19] El Catálogo General de Galaxias de Uppsala lo enumera como UGC 10599. [ 20]
Otras designaciones: B1652+39 o 1H1652+398 o TeV J1653+397 . [21]
