M84: 'H' es para Hot and Huge en Chandra Image

Con una sola letra aparentemente grabada en el resplandor de rayos X a su alrededor, un agujero negro gigante en el centro de una galaxia elíptica masiva está dejando una marca en su entorno.

Esta estructura en forma de "H" se encuentra en un nuevo mapa detallado de rayos X del gas de varios millones de grados alrededor de la galaxia Messier 84 (M84).

Esta visualización compuesta combina imágenes ópticas, de rayos X y de radio de gas caliente, chorros de partículas y una galaxia con un agujero negro invisible. Improbablemente, la imagen resultante se parece a una 'H' mayúscula rosa neón con una mancha blanca en el travesaño, recostada contra una almohada azul neón vertical, flotando en la negrura del espacio. La mancha blanca en la barra transversal es la galaxia Messier 84. El rosa neón que se encuentra en la forma de H mayúscula representa gas de varios millones de grados. El azul neón en la almohada detrás representa chorros de partículas producidos por el agujero negro invisible en el centro de la galaxia. Aquí, dos chorros de neón azul se alejan de la brillante galaxia blanca, M84. Uno apunta hacia arriba, el otro apunta hacia abajo. Los extremos de los jets azules han creado el aspecto de una almohada azul vertical y grumosa. Estos poderosos chorros han expulsado las nubes de gas caliente que rodean el agujero negro en el centro de M84. Los agujeros que crearon dejan el gas rosa parecido a una 'H' mayúscula. El travesaño es lo que queda en el centro de la nube rosa neón, que rodea la brillante galaxia blanca en su núcleo. Motas de gas en rosa neón salpican el fondo negro, como salpicaduras del pincel de un artista. Alrededor del exterior de la imagen, se ven otras galaxias en blanco. Crédito de rayos X: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Óptica: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N.Wolk

A medida que el gas es capturado por la fuerza gravitacional del agujero negro, parte de él caerá al abismo y nunca más se volverá a ver. Sin embargo, parte del gas evita este destino y, en cambio, es expulsado del agujero negro en forma de chorros de partículas. Estos chorros pueden expulsar cavidades en el gas caliente que rodea el agujero negro. Dada la orientación de los chorros a la Tierra y el perfil del gas caliente, las cavidades en M84 forman lo que parece parecerse a la letra "H". La estructura en forma de H en el gas es un ejemplo de pareidolia, que es cuando las personas ven formas o patrones familiares en datos aleatorios. La pareidolia puede ocurrir en todo tipo de datos, desde nubes hasta rocas e imágenes astronómicas.

Los astrónomos utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para hacer un mapa del gas caliente (rosa) dentro y alrededor de M84, llegando a solo unos 100 años luz del agujero negro en el centro de la galaxia. Este gas irradia a temperaturas de decenas de millones de grados, lo que lo hace principalmente observable en rayos X. La enorme letra "H" tiene unos 40.000 años luz de altura, aproximadamente la mitad del ancho de la Vía Láctea. La imagen de radio del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) (azul) de la National Science Foundation revela los chorros que se alejan del agujero negro. Los datos ópticos del Sloan Digital Sky Survey (blanco) muestran M84 y las galaxias vecinas. La letra H y la posición del agujero negro están etiquetadas. Un gráfico adicional muestra un primer plano de la región marcada con un cuadrado y etiquetas separadas para la galaxia y los chorros en las imágenes ópticas y de radio respectivamente.

Los investigadores que estudiaron M84 con Chandra y el VLA descubrieron que los chorros pueden influir en el flujo del gas caliente hacia el agujero negro incluso más que la atracción gravitacional del agujero negro. Por ejemplo, el equipo estima que la materia está cayendo hacia el agujero negro desde el norte, en la dirección del chorro que se ve en las ondas de radio, a unas 500 veces la masa de la Tierra cada año, una tasa que es solo una cuarta parte de la de direcciones donde el jet no está apuntando, al este y al oeste. Una posibilidad es que las cavidades levanten gas en la dirección del chorro, lo que reduce la velocidad a la que el gas cae sobre el agujero negro.

Los autores probaron un modelo llamado acreción de Bondi, donde toda la materia dentro de una cierta distancia de un agujero negro (efectivamente dentro de una esfera) está lo suficientemente cerca como para verse afectada por la gravedad de un agujero negro y comenzar a caer hacia adentro a la misma velocidad desde todas las direcciones. . (El círculo discontinuo en la imagen de primer plano está centrado en el agujero negro y muestra la distancia aproximada desde el agujero negro donde el gas debería comenzar a caer hacia adentro). Este efecto lleva el nombre del científico Hermann Bondi, y "acreción" se refiere a la materia. cayendo hacia el agujero negro. Los nuevos resultados muestran que la acumulación de Bondi no ocurre en M84 porque la materia no cae hacia el agujero negro de manera uniforme desde todas las direcciones.

Más imágenes: 'H' es para Hot and Huge en Chandra Image Los astrónomos han mapeado el gas caliente, utilizando datos de rayos X de Chandra, hasta solo unos 100 años luz del agujero negro en el centro de la galaxia M84. Una imagen de radio del VLA revela chorros que se alejan del agujero negro, mientras que los datos ópticos del SDSS muestran M84 y las galaxias vecinas. Los chorros del agujero negro han abierto agujeros o cavidades en el gas caliente que rodea al agujero negro creando una estructura en forma de "H". Este resultado contribuye a la comprensión de cómo los agujeros negros atraen e ingieren material y el papel que juegan los chorros en este proceso. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Óptica: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N.Wolk

M84 es primo de Messier 87 (M87), la galaxia que contiene el primer agujero negro fotografiado con la red global Event Horizon Telescope y, como M87, también es miembro del cúmulo de Virgo. El agujero negro supermasivo en M84, junto con los de nuestra galaxia, M87, NGC 3115 y NGC 1600, son los únicos lo suficientemente cerca de la Tierra, o lo suficientemente masivos, para que los astrónomos vean detalles en las imágenes de Chandra que están tan cerca del negro. agujero que el gas debe estar cayendo hacia el interior. Al igual que el agujero negro de M87, el de M84 está produciendo un chorro de partículas; sin embargo, la fuente puntual de rayos X del material aún más cercano al agujero negro es diez veces más débil para M84. Esto permite un estudio más detallado del gas que cae hacia el agujero negro en M84 que está más lejos, evitando que los débiles rayos X producidos por este gas sean anulados por el resplandor de rayos X de la fuente puntual.

Un artículo que describe estos resultados aparece en The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y una versión preliminar está disponible aquí. El estudio fue dirigido por Christopher Bambic, un estudiante graduado de la Universidad de Princeton. Otros autores incluyen a Helen Russell (Universidad de Nottingham, Reino Unido), Christopher Reynolds (Instituto de Astronomía, Cambridge, Reino Unido; Universidad de Maryland, College Park), Andy Fabian (Instituto de Astronomía), Brian McNamara (Universidad de Waterloo, Canadá; Centro de Astrofísica de Waterloo, Canadá) y Paul Nulsen (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian).

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito de rayos X: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Óptica: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N.Wolk

Publicado en Chandra el 4 de mayo del 2023, enlace publicación.