NGC 4151: Un agujero negro activo en el "ojo de Sauron"

•NGC 4151 es una galaxia espiral con un activamente creciente agujero negro supermasivo en su centro.

•Esta imagen compuesta de NGC 4151 contiene rayos x de datos ópticos de Chandra (azul), (amarillos) y radio emisión (rojo).

•La estructura ha sido apodado "El ojo de Sauron" por los astrónomos debido a su parecido con el personaje en las películas de "El Señor de los anillos".

Esta imagen muestra la región central de la galaxia espiral NGC 4151, apodado "El ojo de Sauron" por los astrónomos por su similitud con el ojo del malvado personaje en "El Señor de los anillos". En el "alumno" del ojo, rayos x (azul) desde el Observatorio de rayos x Chandra se combina con hidrógeno de datos ópticos (amarillo) con carga positiva ("H II") de observaciones con el medidor de 1 Jacobus Kapteyn telescopio en La Palma. El rojo alrededor de la pupila muestra hidrógeno neutro detectado por observaciones de radio con el Very Large Array de la NSF. Este hidrógeno neutro es parte de una estructura cerca del centro de NGC 4151 que ha sido distorsionado por interacciones gravitacionales con el resto de la galaxia e incluye material cayendo hacia el centro de la galaxia. Las gotas amarillas alrededor de la elipse roja son regiones donde la formación estelar ha ocurrido recientemente.

Nota quelonia: Me ha parecido adecuado en hacer un paréntesis en la publicación para acceder a la Química y así comprender mejor lo que acá se dice.

Chandra, el Cosmos y la química

por Wallace Tucker (en inglés)

 

Química, el estudio de las danzas intrincadas y bondings de bajo consumo de energía de electrones para formar las moléculas de los distintos elementos que componen el mundo en que vivimos, puede parecer muy alejada del calor en el interior de las estrellas y el impresionante poder de supernovas termonuclear. Sin embargo, hay una conexión fundamental entre ellos.

 

La formación de los elementos comenzó 14 billones,( hace unos años), en los primeros minutos del Big Bang. Después de unos 20 minutos, la materia ordinaria en el universo era una mezcla de 75% protones, núcleos de helio de 25% o núcleos de hidrógeno y electrones libres, que comenzarían a obligarse a ser átomos unos 100 mil años más tarde. En esencia, la historia de la formación de los elementos puede dividirse en dos fases principales: uno que terminó después de los primeros 20 minutos y el otro que ha sido constante desde la formación de las primeras estrellas hace 13 billones de años.

Elemental Change

by Wallace Tucker

 

Recientemente, he asistido a un servicio conmemorativo para Geoffrey Burbidge, quien fue mi Asesor de tesis hace muchos años. Él fue elogiado por su trabajo pionero en varios campos de la Astrofísica. En la década de 1950, fue el primero en determinar las enormes energías implicadas en las fuentes de radio gigante, sus cálculos todavía se utiliza hoy en estudiar el proceso de regeneración de agujeros negros en cúmulos de galaxias. Él y su esposa Margaret fueron líderes en la documentación de hechos violentos ocurridos en lo que denomina Núcleos galácticos activos o AGN, como comúnmente se denominan hoy. También allanó el camino para el trabajo que finalmente llevó a la conclusión de que el universo está dominado por la materia oscura, una sustancia peculiar cuya naturaleza todavía no se entiende.

 

Geoff era mejor conocido por su trabajo sobre la materia ordinaria o bariónica, del tipo que son de las estrellas, planetas y personas. En un trabajo monumental de 104 páginas publicado en 1957 con Margaret, Fred Hoyle y William Fowler, titulado "Síntesis de los elementos en las estrellas", los autores describen cómo las estrellas sintetizan casi todos los elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio, del carbón y de hierro, plomo y uranio. Este documento, tiene acuerdo general en que es uno de los papeles más importantes en Astrofísica, puso la Fundación para un nuevo tipo de síntesis de observaciones astronómicas con nuclear y física de partículas y allanó el camino para gran parte de la cosmología y la Astrofísica moderna.

 

En la introducción al libro, que pasó a denominarse "B2FH," después de las iniciales de los apellidos de los autores, afirman que su objetivo es determinar la "historia de la materia". Esta historia se esconde en la distribución de la abundancia de los elementos, es decir, la proporción relativa de cada elemento en el universo (véase la tabla periódica para Astronomía).

 

En versión de acompañamiento "astrónomos" de la tabla periódica de los elementos, junto a la representación tradicional se muestra una representación gráfica de la abundancia de los elementos. Lo que da un salto de esta tabla es que los elementos más simples, el hidrógeno y el helio, son mucho más abundantes.

 

Esto sugiere que el origen de los elementos puede explicarse por procesos en los que se acumulan los elementos más pesados de los ligeros, a partir de hidrógeno. Este proceso se llama nucleosíntesis. Una amplia variedad de observaciones es consistente con una imagen sencilla en la historia de la materia bariónica, que consta de dos fases, una duración de 20 minutos y la duración del resto de 13.700 millones de años y contando.

 

Materia ordinaria o bariónica está compuesta de átomos. Un átomo se compone de una nube de electrones de carga negativa que orbitan alrededor de un núcleo compuesto de protones, que tienen una carga eléctrica positiva, y los neutrones, que son eléctricamente neutros. Aunque tiene un diámetro de sólo 1/100.000 que del electrón en la nube, el núcleo contiene más del 99,9 por ciento de la masa de un átomo. Cada elemento químico de un tipo específico tiene el mismo número de protones en el núcleo. Por ejemplo, el hidrógeno tiene un protón, oxígeno tiene 8 y así sucesivamente. El peso atómico de un elemento está determinado por el número de protones más el número de neutrones en el núcleo.

 

Después de el tercio inicial de una hora, el universo en expansión se refrescó por debajo del punto donde podría operar la fusión nuclear. Esto significa que no hay evolución de la materia podría ocurrir otra vez hasta que las estrellas se formaron unos millones de años más tarde, cuando la acumulación de elementos más pesados que el helio podría comenzar.

 

Las estrellas evolucionan a través de una secuencia de etapas en que las reacciones de fusión nuclear en su regiones centrales con acumulación de helio y otros elementos de la energía proveída por reacciones de fusión crea la presión necesaria para sostener la estrella contra la gravedad. Vientos de gas escapando de estrellas distribuyen algunos de los procesados respecto al espacio de una manera relativamente suave y supernovas hacen violentamente.

 

1. Ilustración cósmica de la línea de tiempo

Se desconoce la naturaleza de la materia oscura. Una considerable cantidad de evidencia indica que no puede ser materia bariónica, es decir, los protones y los neutrones. El modelo favorece es que la materia oscura está compuesta en su mayoría exóticas partículas formadas cuando el universo tenía una fracción de segundo de edad. Estas partículas, lo que le exigiría una extensión del llamado modelo estándar de física de partículas elementales, podrían ser WIMPs (partículas masivas débil interacción), axiones o neutrinos estériles. (Crédito: NASA/CXC/M.Weiss)

 

Chandra imágenes y espectros de remanentes de supernova individuales revelan las nubes de gas rico en elementos como el oxígeno, silicio, azufre, calcio y hierro y la velocidad en que estos elementos han sido expulsados en la explosión de la pista. La imagen de Chandra de la SNR Cas-A muestra eyecta rico hierro fuera eyecta rico en silicio, lo que indica mezcla turbulenta y una explosión aspherical el revés de la estrella original. Observaciones de líneas de emisión cambió de puesto de Doppler para Cas A y otros restos de la supernova ofrecen información tridimensional sobre la distribución y la velocidad de la eyección de la supernova que ayudarán a restringir los modelos de la explosión. En una similar observaciones de la vena del remanente de supernova N49 revelan una nube con forma de bala de gas neón, silicio y azufre que han sido expulsados en el gas circundante a una velocidad de 5 millones de kilómetros por hora.

Cassiopeia A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En una escala mayor, observaciones de galaxias que experimentan episodios de formación estelar demuestran que vastas regiones de estas galaxias se han enriquecido por la acción combinada de miles de supernovas. El sistema galaxy de antenas fue producido por la colisión de dos galaxias. Esta colisión había creado estallidos de formación estelar y, cuantos millones de años más tarde, miles de supernovas que calientan y enriquecido las nubes de gas miles de años luz en grado.

 

Un agente inesperado para la distribución de los elementos pesados a través de una galaxia es un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. Gas espiral hacia los agujeros negros pueden que se hayan sobrecalentado y producir un viento de gas que fluye lejos del agujero negro, o puede crear un intenso campo electromagnético que conduce el material enriquecido en el exterior llega de la galaxia y más allá.

 

Arriba a la izquierda: NGC 1068

 

 

Ala izquierda: Hydra A

Gas enriquecido también puede ser despojado de una galaxia, si la galaxia cae en un racimo de la galaxia. La presión del gas caliente difuso que impregna un racimo de la galaxia sopla el gas fuera de la galaxia en el medio intergaláctico, enriqueciéndolo de tal modo.

A una escala aún mayor, el oxígeno se ha detectado en filamentos intergalácticos de millones de años luz de largo. Este oxígeno probablemente se produjo más de 10.000 millones de años luz, hace años, en algunos de los supernovas primeros en la historia del universo. Si la tasa de supernovas es tan alta que los efectos combinados de muchas ondas de choque de la supernova conduce un viento de escala Galáctica sopla el gas fuera de la galaxia. Un ejemplo típico es la galaxia M82.

Izquierda M82

Vientos galácticos como el M82 son raros hoy, pero eran comunes miles de millones de años atrás, cuando las galaxias eran muy jóvenes y se forman las estrellas rápidamente debido a las frecuentes colisiones entre galaxias. Chandra demostró que la pared del escultor, una colección de gas y las galaxias que se extiende por decenas de millones de años luz, contiene una gran reserva de gas enriquecido en oxígeno de vientos galácticos. La pared del escultor se piensa que es parte de una red enorme de gas caliente, difusa que contiene hasta la mitad de toda la materia ordinaria en el universo.

 

Como el enriquecimiento de los gases interestelares e intergalácticos ha procedido sobre vastas extensiones de espacio y tiempo, la química del cosmos es más rica, demasiado. Posteriores generaciones de estrellas han formado de gas interestelar enriquecida en elementos pesados. Nuestro sol, Sistema Solar y hecho la existencia de vida en la tierra son resultados directos de esta larga cadena de nacimiento estelar, la muerte y el renacimiento. De esta manera, la evolución de la materia, estrellas y galaxias están ligadas inextricablemente todos juntos y así también son la astronomía y la química.

 

Arriba: H2356-309

 

Nota Quelonia: Como ven esta parte explicativa de QUÏMICA usa todo lo que venimos viendo de Chandra o en la etiquetas Chandra. Sigamos con la Nota.

 

Un estudio reciente ha demostrado de la radiografía de emisión fue probablemente causada por un estallido por el agujero negro supermasivo situado en la región de blanca en el centro de la galaxia. Evidencia de esta idea proviene de la elongación de los rayos x de la parte superior izquierda a la parte inferior derecha y detalles del espectro de rayos x. También hay señales de interacciones entre una fuente central y el gas circundante, particularmente el arco amarillo de emisión H II situado arriba y a la izquierda del agujero negro.

Se han propuesto dos escenarios diferentes para explicar la emisión de rayos x. Una posibilidad es que el agujero negro central estaba creciendo mucho más rápidamente (en el plazo de la Tierra) hace unos 25.000 años y la radiación del material sobre el agujero negro era tan brillante que stripped electrones de los átomos en los gases en su camino. Las radiografías se emitieron entonces cuando los electrones se recombinan con estos átomos ionizados.

 La segunda posibilidad también participa una afluencia considerable de material en el agujero negro relativamente recientemente. En este escenario la energía liberada por el material que fluye hacia el agujero negro en un disco de acreción creó una vigorosa corriente de salida de gas de la superficie del disco. Este gas los calienta directamente en su camino a temperaturas de emisión de rayos x. A menos que el gas se limite de alguna manera, se expandiría de la región en menos de 100.000 años. En ambos de estos escenarios, el relativamente poco tiempo desde el último episodio de alta actividad por el agujero negro puede implicar estos arranques ocupan al menos 1% de toda la vida del agujero negro.

 

NGC 4151 se encuentra a unos 43 millones de años-luz de la Tierra y es una de las galaxias más cercanas que contiene un agujero negro activamente creciente. Debido a esta proximidad, ofrece una de las mejores oportunidades de estudiar la interacción entre un activo supermassive black hole y el gas circundante de su galaxia de host. Tal interacción, o "feedback", se reconoce a desempeñar un papel clave en el crecimiento de agujeros negros supermasivos y las galaxias. Si la emisión de rayos x en NGC 4151 es originada de gas caliente que se calienta por la salida del agujero negro central, sería pruebas sólidas para la retroalimentación de agujeros activos para el gas circundante en escalas de la galaxia. Esto se asemejaría a la regeneración de escala mayor, observada en escalas de clúster de galaxia, de agujeros activos interactuando con el gas circundante, como se ve en objetos como el cúmulo de Perseo.

Estos resultados fueron publicados en la edición del 20 de agosto de 2010 de The Astrophysical Journal Letters. Los autores fueron Junfeng Wang y Giuseppina Fabbiano de la Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Guido Risaliti de CfA y Observatorio de Arcetri INAF, en Florencia, Italia, Martin Elvis de CfA, Carole Mundell de Liverpool John Moores University en Birkenhead, Reino Unido, Gaelle Dumas y Eva Schinnerer desde el Instituto Max Planck de Astrofísica en Heidelberg, Alemania y Andreas Zezas, CfA y la Universidad de Creta en Grecia.

Credit

X-ray: NASA/CXC/CfA/J.Wang et al.; Optical: Isaac Newton Group of Telescopes, La Palma/Jacobus Kapteyn Telescope, Radio: NSF/NRAO/VLA Traducción: El Quelonio Volador