Desvelando Jetes del Universo Temprano: El Caso del Blazar OH 471

Introducción

Comprender cómo los agujeros negros supermasivos (SMBHs) en el universo temprano lanzaron y moldearon los potentes chorros relativistas observados en núcleos galácticos activos (AGNs) es un enigma central en astrofísica. Estos chorros desempeñan un papel crucial en la coevolución de los SMBHs y sus galaxias anfitrionas a lo largo del tiempo cósmico. Mientras que estudios previos se han centrado en AGNs a distancias más moderadas, el examen de objetos del universo temprano, como el blazar OH 471, ofrece una oportunidad única para sondear la física de la acreción de SMBHs y la formación de chorros cuando el universo era mucho más joven. Esta investigación profundiza en los mecanismos detrás de estos chorros cósmicos tempranos analizando el blazar OH 471, ubicado a un significativo desplazamiento al rojo de z = 3,396.

Sondeando el Mecanismo de Lanzamiento de Jetes

Para investigar cómo se lanzan los chorros desde los SMBHs en el universo temprano, los científicos se centraron en el blazar OH 471. Este objeto es un blazar de alto desplazamiento al rojo (z = 3,396), lo que significa que es un tipo de núcleo galáctico activo con un chorro relativista apuntando casi directamente hacia la Tierra. El estudio de OH 471 proporciona una ventana a las condiciones de formación de chorros cuando el universo era significativamente más joven de lo que es hoy. La investigación empleó observaciones de monitoreo de radio multifrecuencia e imágenes de Interferometría de Muy Larga Base (VLBI) de alta resolución, abarcando un período de tres décadas, para examinar la estructura y la variabilidad de OH 471 en escalas de miliarcosegundos.

Variabilidad de Radio y Estructura del Jete

El estudio de las densidades de flujo de radio de OH 471 reveló un espectro auto-absorbido por síncrotron, que es indicativo de fuertes campos magnéticos dentro del núcleo compacto de la fuente. Al analizar el modelado espectral de estas densidades de flujo de radio, los investigadores pudieron estimar el flujo magnético transportado por el chorro. Esta estimación es crucial porque permite una comparación con las predicciones teóricas para chorros impulsados por la energía de spin del agujero negro, específicamente a través del mecanismo de Blandford-Znajek. Los hallazgos sugieren que OH 471 se encuentra en un estado conocido como disco magnéticamente arrestado (MAD). En este estado, la acumulación de flujo magnético cerca del horizonte de eventos del agujero negro regula el flujo de acreción, permitiendo la extracción eficiente de la energía rotacional del agujero negro para alimentar el chorro.

El análisis de datos de VLBI a lo largo de varias décadas proporcionó información sobre la estructura y el movimiento del chorro. Las observaciones revelaron velocidades aparentemente superluminales, lo que indica que el chorro es altamente relativista. El componente J2, ubicado muy cerca del núcleo, mostró un movimiento propio correspondiente a 4,4 veces la velocidad de la luz. Este rápido movimiento, junto con la evolución espectral a largo plazo, apoya la idea de que los brotes están directamente relacionados con la eyección de nuevos componentes de chorro desde el motor central. La asociación temporal entre la aparición de componentes de chorro y los brotes de radio sugiere una conexión directa entre la actividad de brotes y la expulsión de materia del núcleo.

Espectros de Radio y Flujo Magnético

El monitoreo a largo plazo del espectro de radio de OH 471 ha mostrado una variabilidad significativa, con una notable evolución en la frecuencia de inflexión de la auto-absorción por síncrotron. Esta variabilidad, junto con un modelado espectral detallado, permitió a los investigadores estimar la fuerza del campo magnético y las densidades de partículas en la región del núcleo. El estudio encontró que el flujo magnético del chorro alcanza o incluso excede las predicciones teóricas para chorros impulsados por el mecanismo de Blandford-Znajek, un proceso que depende de la energía de spin del agujero negro. Esta observación apoya firmemente el estado MAD para OH 471. Los valores estimados del flujo magnético del chorro se compararon con el flujo magnético predicho para un estado MAD. Los resultados indicaron que el flujo magnético inferido del chorro supera el umbral teórico MAD, especialmente durante períodos de actividad creciente, lo que sugiere que el flujo magnético se ha acumulado lo suficiente como para desencadenar nuevos episodios de eyección de chorro. Este fuerte flujo magnético se considera la fuerza impulsora detrás del potente chorro observado en OH 471.

Además, al comparar el flujo magnético de OH 471 con una muestra de AGNs de desplazamiento al rojo más bajo, el estudio encontró que OH 471 se alinea ampliamente con la relación establecida entre el flujo magnético del chorro y cantidades relacionadas con la tasa de acreción y la masa del agujero negro. Esta consistencia sugiere que el paradigma del flujo magnético, que explica el lanzamiento de chorros, sigue siendo aplicable incluso en el universo temprano. Los hallazgos indican que los procesos que impulsan chorros potentes son universales, extendiéndose desde el universo local hasta épocas cósmicas anteriores.

Conclusión

El estudio del blazar OH 471 de alto desplazamiento al rojo proporciona evidencia convincente de que el modo de acreción de Disco Magnéticamente Arrestado (MAD) desempeña un papel dominante en la alimentación de los prominentes brotes de radio y chorros relativistas observados en AGNs radio-emisores en el universo temprano. Los hallazgos indican que una fuerte acumulación de flujo magnético cerca del horizonte de eventos del agujero negro es esencial para extraer eficientemente la energía de spin del agujero negro para lanzar estos potentes chorros. Esta investigación destaca la importancia de la acreción MAD en el crecimiento de agujeros negros supermasivos y la formación de los chorros relativistas más tempranos. Futuros estudios estadísticos de muestras más grandes de AGNs de alto desplazamiento al rojo son necesarios para confirmar firmemente el papel de la acreción MAD en la configuración del panorama cósmico primitivo.

Original source: "https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/05/aa49934-24/aa49934-24.html"