Para acelerar las partículas a una velocidad cercana a la luz, necesita una poderosa fuente de energía. En el espacio, las estrellas pueden acelerar las partículas a energías bastante altas, y las explosiones de supernovas pueden crear destellos aún más fuertes. Las fuentes permanentes más fuertes de partículas de alta energía son los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias más grandes. Pero el lector, considerando estructuras en las escalas más grandes de los universos, no pudo entender algo:
Realmente me gustó el video de la simulación Illustris [simulación cosmológica por computadora de la formación de galaxias], tanto que desenterré su descripción. Y se sorprendió: "Lo que parecen ser explosiones en realidad proviene de agujeros negros supermasivos que envían corrientes de material al espacio intergaláctico, mientras que cortan enormes burbujas". Esto es incomprensible para mí, porque pensé que estos flujos de material están volando en la dirección de un eje, en lugar de dibujar esferas.
Si alguno de ustedes no lo ha visto, aquí hay una simulación del proyecto Illustris, que muestra la evolución de estructuras a gran escala, materia oscura, gas y materia ordinaria, desde las primeras etapas del desarrollo del Universo hasta nuestros días.
En el video, de aproximadamente 1:08, y especialmente de 1:25, cuando la materia oscura aparece allí al lado del gas, se observan explosiones en los nodos más grandes de la estructura a gran escala del Universo. Pueden confundirse con explosiones de supernova, pero de hecho, tales explosiones sucederían con demasiada frecuencia, varias decenas de miles de veces para cada cuadro de la simulación. Ni siquiera podemos ver la materia oscura, pero la simulación lo demuestra para ayudarnos a comprender el fenómeno que ejerce la interacción gravitacional. Y si está interesado en cómo los efectos gravitacionales difieren de la formación de estructuras y los efectos de la materia normal, que es principalmente en forma de gas, la simulación puede demostrarlo.
Mientras que la materia oscura forma estas estructuras filiformes simples, controladas solo por la atracción gravitacional y la expansión del Universo, la física de la materia normal (gas de protones, neutrones y electrones) es mucho más complicada. El gas no solo se acumula en grumos, lo que le permite formar estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias, sino que también es sensible a un conjunto completo de fuerzas electromagnéticas. Esto significa que en escalas pequeñas es mucho más fuerte que la materia oscura, y en escalas intergalácticas e intermicroscópicas grandes está más disperso, ya que el gas (y el gas ionizado en forma de plasma) puede acelerar a grandes velocidades.
El video de cuatro paneles muestra las estrellas y la luz visible que deberían generarse en una región de espacio de 33 millones de años luz en el panel superior izquierdo, la densidad del gas en el superior derecho y, lo más importante, la temperatura del gas en el panel inferior izquierdo. Presta atención a cómo aumenta la temperatura del gas en los lugares de esas mismas explosiones esféricas, que aparecen principalmente debido a los agujeros negros supermasivos. Existen otros mecanismos importantes para el calentamiento y la retroalimentación de gas, pero específicamente estas características ocurren debido a explosiones de agujeros negros supermasivos, que duran de millones a cientos de millones de años.
Galaxy Centauri A, una composición de luz visible, infrarrojos y radiación de rayos XPero entiendo por qué esperas que este calentamiento tome la forma de flujos agrupados, porque esto es exactamente lo que estamos observando, por ejemplo, observando agujeros negros supermasivos en el corazón de la galaxia Centaurus A, o en la galaxia elíptica gigante Messier 87, a continuación.
Galaxy M87 y flujo altamente colimado de 5000 años luzEntonces, si la materia en estos flujos es acelerada por haces lineales tan altamente concentrados, ¿por qué el gas se calienta y se expande de una manera tan obviamente esférica? Para responder a esta pregunta, le pediré que piense en algo que generalmente no recuerda: que el Universo que vemos no coincide con el real. Por ejemplo, aquí hay una foto de la misma galaxia, M87, y su chorro, visible en el rango de rayos X por el telescopio Chandra (azul) y en ondas de radio por el telescopio VLT (rojo), en lugar de la imagen obtenida por el telescopio Hubble en los rangos visible y ultravioleta.
Y estos no son chorros, ¿verdad? No son esféricos, pero definitivamente no se extienden en una línea. Hay dos razones para esto:
1. El gas y la materia ordinaria son constantemente atraídos por grandes galaxias y todas las estructuras a gran escala, y la mayoría de ellas pasan tranquilamente por este chorro.
2. Incluso si la galaxia no se mueve, entonces el gas en sus alrededores gira y hace movimientos inusuales, lo que conduce a su distribución uniforme.
Incluso nuestra Vía Láctea, con su agujero negro supermasivo bastante tranquilo y pequeño, muestra dos enormes pétalos de radiación de alta energía detectados por el telescopio Fermi.
La investigación activa, que estudia la radiación de una gran cantidad de fuentes, ha llegado muy lejos no solo mediante el uso de simulaciones digitales, incluido el proyecto Illustris, sino también en los años anteriores a su aparición. En esas explosiones explosivas en la simulación Illustris, no estás observando la luz visible, sino la temperatura del gas, y lo que está sucediendo se debe a la respuesta de los agujeros negros. Esto debería servir como un recordatorio de que cuando miramos al Universo, tanto a través de observatorios como a través de simulaciones, se producen muchos más eventos de los que se notan gracias a la luz de las estrellas que llegan a nuestros ojos.
Aunque la luz visible solo puede ser emitida por una sección estrecha del chorro, el movimiento específico del gas que lo rodea, junto con los efectos físicos más simples de la transferencia de calor, hace todo para que el gas energético se distribuya por todo el espacio, y no solo a lo largo de líneas rectas. Es importante recordar que las explosiones que ves no son luz visible o materia; Estas son ilustraciones de la temperatura del gas, ¡y son estas explosiones las que ocurren alrededor de los agujeros negros activos!