La formación y potencia de chorros astrofísicos son fenómenos muy complejos que están asociados con muchos tipos de fuentes astronómicas de alta energía . Probablemente surgen 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 sólo varios grados de ancho (c. > 1%). [2] Los chorros también pueden verse influenciados por un efecto de la relatividad general conocido como arrastre de fotogramas . [3]
Los chorros relativistas son haces de materia ionizada acelerados cerca de la velocidad de la luz. La mayoría han sido asociadas 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 de los chorros cuando se acercan a la velocidad de la luz muestran efectos significativos de la teoría especial de la relatividad ; por ejemplo, emisión 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 a los agujeros negros . Estos sistemas SMBH a menudo se denominan microcuásares y muestran una amplia gama de velocidades. El chorro SS 433 , 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 , que tienen los chorros más relativistas conocidos, siendo ultrarelativistas . [10]
Los mecanismos detrás de la composición de los chorros siguen siendo inciertos, [11] aunque algunos estudios favorecen modelos en los que los chorros están compuestos de una mezcla eléctricamente neutra de núcleos , electrones y positrones , mientras que otros son consistentes con chorros compuestos de plasma de positrones y electrones. [12] [13] [14] Se esperaría que los trazas de núcleos arrastrados por un chorro relativista de positrones y electrones tuvieran una energía extremadamente alta, ya que estos núcleos más pesados deberían alcanzar una velocidad igual a la velocidad del positrón y el electrón.
La rotación como posible fuente de energía.
Debido a la enorme cantidad de energía necesaria para lanzar un chorro relativista, es posible que algunos chorros sean impulsados por agujeros negros en rotación . Sin embargo, la frecuencia de 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 Blandford-Znajek . [15] 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. Entonces es factible lanzar material relativista mediante el endurecimiento de las líneas de campo.
Mecanismo de Penrose . [16] Aquí se extrae energía de un agujero negro en rotación mediante arrastre de cuadros , lo que luego fue demostrado teóricamente por Reva Kay Williams como capaz de extraer energía y momento de partículas relativistas, [17] y posteriormente se demostró que es un posible mecanismo para la formación de chorros. . [18] Este efecto incluye el uso del gravitomagnetismo relativista general .
Chorros relativistas de estrellas de neutrones
El púlsar IGR J11014-6103 con origen de remanente de supernova, nebulosa y chorro
También se pueden observar chorros procedentes de estrellas de neutrones en rotación. Un ejemplo es el púlsar IGR J11014-6103 , que posee el mayor chorro 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 ninguna firma de radio ni disco de acreción. [19] [20] Inicialmente, se suponía que este púlsar giraba rápidamente, pero mediciones posteriores indican que la velocidad de giro es de sólo 15,9 Hz. [21] [22] Una velocidad de giro tan lenta y la falta de material de acreción sugieren que el chorro no está impulsado por rotación ni por acreción, aunque parece alineado con el eje de rotación del púlsar y perpendicular al verdadero movimiento del púlsar.
Otras imágenes
Ilustración de la dinámica de un proplyd , incluido un jet.
Centauro A en rayos X que muestra el chorro relativista
El jet M87 visto por el Very Large Array en radiofrecuencia (el campo de visión es más grande y está girado con respecto a la imagen de arriba).
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enlaces externos
NASA – Pregúntele a un astrofísico: Jets bipolares de agujeros negros
SPACE.com – Física retorcida: cómo brotan los agujeros negros
Blandford, Roger; Agol, Eric; Broderick, Avery; Hola, Jeremy; Koopmans, León; Lee, Hee Won (2001). "Objetos compactos y discos de acreción". arXiv : astro-ph/0107228v1 .
Video del Hubble muestra una colisión de choque dentro de un chorro de agujero negro (artículo)