Els tsunamis dels quàsars que fugen a través de les galàxies

Usant les capacitats úniques del Telescopi Espacial Hubble de la NASA, un equip d'astrònoms ha descobert els fluxos de sortida més energètics mai vistos en l'univers. Emanen dels quàsars i s'esquincen a través de l'espai interestel·lar com tsunamis, causant estralls en les galàxies a on viuen els quàsars.

Els quàsars són objectes celestials extremadament remots, que emeten quantitats excepcionalment grans d'energia. Els quàsars contenen forats negres supermassius alimentats per matèria absorbida que poden brillar 1.000 vegades més que les seves galàxies amfitriones amb centenars de milers de milions d'estrelles. 

A mesura que el forat negre devora la matèria, el gas calent l'envolta i emet una intensa radiació, creant el quàsar. Els vents, impulsats per la radiació abrasadora pressionen el veïnatge del forat negre, empenyent matèria lluny del centre de la galàxia. Aquests fluxos de sortida s'acceleren fins arribar a velocitats impressionants que són un petit percentatge de la velocitat de la llum.

"Cap altre fenomen porta més energia mecànica. Al llarg de la vida de 10 milions d'anys, aquests fluxos de sortida produeixen un milió de vegades més energia que un esclat de raigs gamma", va explicar l'investigador principal Nahum Arav del Virgínia Tech a Blacksburg, Virgínia. "Els vents estan empenyent centenars de masses solars de matèria cada any. La quantitat d'energia mecànica que porten aquests fluxos de sortida és fins a diversos centenars de vegades més gran que la lluminositat de tota la Via Làctia".

Clic per engrandir. Aquesta és una il·lustració d'una galàxia distant amb un quàsar actiu
al seu centre. Un quàsar emet quantitats excepcionalment grans d'energia generada
per un forat negre supermassiu alimentat per la matèria que absorbeix. Usant les
capacitats úniques del Telescopi Espacial Hubble, els astrònoms han descobert que
la radiació abrasadora pressiona al veïnatge del forat negre empeny matera lluny
del centre de la galàxia a una fracció de la velocitat de la llum. Els "vents dels
quàsars" impulsen centenars de masses solars de material cada any. Això afecta a
tota la galàxia, ja que el material es converteix en gas i pols. Crèdit: NASA, ESA i J. Olmsted (STScI)

Els vents del quàsar escombren a través del disc de la galàxia. El material que d'altra manera hauria format noves estrelles és escombrat violentament de la galàxia, causant el cessament del naixement d'estrelles. La radiació empeny el gas i la pols a distàncies molt més grans del que els científics pensaven, creant un esdeveniment al llarg de tota la galàxia.

A mesura que aquest tsunami còsmic xoca contra el material interestel·lar, la temperatura al front de xoc s'eleva a milers de milions de graus, on el material brilla enormement en els raigs X, però també en tot l'espectre de la llum. Qualsevol que sigui testimoni d'aquest esdeveniment veurà una brillant exhibició celestial. "Rebràs molta radiació primer en els raigs X i gamma, i després es filtrarà a la llum visible i infraroja", va dir Arav, "tindries un enorme espectacle de llum com els arbres de Nadal a tota la galàxia".

Simulacions numèriques de l'evolució de galàxies suggereixen que aquests fluxos poden explicar alguns trencaclosques cosmològics importants, com ara per què els astrònoms observen tan poques galàxies grans en l'univers, i per què hi ha una relació entre la massa de la galàxia i la massa del seu forat negre central. Aquest estudi mostra que aquests poderosos fluxos de quàsar haurien de prevaler en l'univers des de fa molt temps.

"Tant els teòrics com els observadors han sabut durant dècades que existeix algun procés físic que atura la formació d'estrelles en les galàxies massives, però la naturalesa d'aquest procés ha estat un misteri. Incloure els fluxos observats en les nostres simulacions resol aquests destacats problemes en l'evolució galàctica", va explicar l'eminent cosmòleg Jeremiah P. Ostriker de la Universitat de Columbia a Nova York i la Universitat de Princeton a New Jersey.

Els astrónoms van estudiar 13 fluxos de quàsar, i van ser capaços de registrar la velocitat vertiginosa del gas que s'accelera pel vent del quàsar mirant les "empremtes" espectrals de la brillant llum del gas. Les dades ultraviolades del Hubble mostren que aquestes característiques d'absorció de llum creades a partir de la matèria al llarg de la trajectòria de la llum, van ser desplaçades en l'espectre a causa del ràpid moviment del gas a través de l'espai. Això es deu a l'efecte Doppler, en què el moviment d'un objecte comprimeix o estira les longituds d'ona de la llum depenent de si s'acosta o s'allunya de nosaltres. Només el Hubble té el rang seleccionat de sensibilitat ultraviolada que permet als astrònoms obtenir les observacions necessàries per a aquest descobriment.

A més de mesurar els quàsars més energètics mai observats, l'equip també va descobrir un altre flux de sortida que s'accelera més ràpid que qualsevol altre. Es va incrementar de al voltant de 43 milions de milles per hora a aproximadament 46 milions de milles per hora en un període de tres anys. Els científics creuen que la seva acceleració continuarà augmentant amb el temps.

 Clic per engrandir. El telescopi espacial Hubble.

"Les observacions ultraviolades del Hubble ens permeten seguir tot el rang de sortida d'energia dels quàsars, des del gas més fred fins a l'extremadament calent i altament ionitzat en els vents més massius", va afegir el membre de l'equip Gerard Kriss de l'Institut Científic del Telescopi Espacial a Baltimore, Maryland. "Anteriorment només eren visibles amb observacions de raigs X molt més difícils. Aquests poderosos fluxos de sortida poden donar noves idees sobre el vincle entre el creixement d'un forat negre supermassiu central i el desenvolupament de tota la seva galàxia amfitriona".

L'equip també inclou a l'estudiant de postgrau Xinfeng Xu i a l'investigador de postdoctorat Timothy Miller, tots dos del Virginia Tech, així com a Rachel Plesha de l'Institut de Ciència del Telescopi Espacial. Els resultats es van publicar en una sèrie de sis articles al març de 2020, i a un número especial de The Astrophysical Journal Supplements.

El Telescopi Espacial Hubble és un projecte de cooperació internacional entre la NASA i la ESA (Agència Espacial Europea). El Centre de Vol Espacial Goddard de la NASA a Greenbelt, Maryland, administra el telescopi. L'Institut Científic del Telescopi Espacial (STScI) porta a terme les operacions científiques del Hubble. El STScI és operat per a la NASA per l'Associació de Universitats per a la Recerca en Astronomia, a Washington, D.C.

Ho he vist aquí