ASTRONOMÍA. Los investigadores revolucionan la comprensión de la radiación de acreción de agujeros negros supermasivos en los cuásares

Los investigadores revolucionan la comprensión de la radiación de acreción de agujeros negros supermasivos en los cuásares

 

SED UV medianas en marco de reposo La ilustración artística de un agujero negro supermasivo acumulando gas y brillando en el disco de acreción. Imagen: Pixabay

07 octubre 2023.- A través del estudio de la radiación óptica a ultravioleta extrema generada por la acumulación de agujeros negros supermasivos en los centros de los quásares, el profesor asociado Cai Zhenyi y el profesor Wang Junxian del Departamento de Astronomía de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de La Academia China de Ciencias (CAS) ha descubierto que su distribución espectral de energía es independiente del brillo intrínseco de los quásares, trastocando la comprensión tradicional en este campo.

Su estudio revela una desviación sustancial de la distribución promedio de energía espectral ultravioleta extrema de los cuásares con respecto a las predicciones de la teoría clásica del disco de acreciónEste descubrimiento desafía el modelo clásico y proporciona un apoyo sustancial para los modelos que incorporan vientos de disco de acreción generalizados . Los resultados se publicaron el 5 de octubre de 2023 en Nature Astronomy .

Los cuásares son una clase de objetos extragalácticos extremadamente brillantes donde enormes agujeros negros supermasivos en sus centros devoran continuamente el gas en las regiones centrales de sus galaxias anfitrionas. La inmensa energía potencial gravitacional se libera en el disco de acreción formado por el gas, convirtiéndose en energía térmica y radiación electromagnética, dando como resultado un núcleo de la galaxia anormalmente brillante.

A los cuásares también se les conoce como "gigantes cósmicos" debido a su luminosidad intrínseca excepcionalmente alta. Según la teoría estándar, los discos de acreción producen la conocida "gran protuberancia azul" en la distribución de energía espectral, cuyo pico se espera en el ultravioleta extremo. Cuanto mayor es la masa del agujero negro central, menor es la temperatura esperada del disco de acreción y más suave es el espectro ultravioleta extremo.

Las observaciones han revelado que los cuásares más luminosos (con masas de agujeros negros supermasivos más grandes) exhiben líneas de emisión relativamente más débiles (explicadas por espectros ultravioleta extremos más suaves), conocido como el famoso efecto Baldwin, que parece ser consistente con el modelo clásico de disco de acreción.

La investigación del profesor asociado Cai Zhenyi y el profesor Wang Junxian se centra directamente en la distribución de energía espectral óptica a ultravioleta de grandes muestras de quásares. El estudio utiliza datos de observación del SDSS terrestre y del GALEX espacial, controlando lo incompleto de la detección ultravioleta.

Descubrieron que la distribución promedio de energía espectral ultravioleta de los cuásares no depende de su brillo intrínseco, lo que no sólo sugiere que las diferencias en el brillo intrínseco no pueden explicar el efecto Baldwin sino que también desafía las predicciones de la teoría estándar de los discos de acreción. Al mismo tiempo, los investigadores proponen un posible nuevo origen físico para el efecto Baldwin: los cuásares más luminosos tienen fluctuaciones de temperatura del disco de acreción más débiles, por lo que no pueden lanzar más nubes de líneas de emisión.

Además, el estudio corrige los efectos de la absorción del medio intergaláctico y descubre que el espectro ultravioleta extremo promedio de los cuásares es más suave que todos los resultados de investigaciones anteriores. Esta discrepancia plantea un desafío importante para el modelo estándar de discos de acreción, pero se alinea bien con las predicciones del modelo que involucra un viento de disco de acreción, lo que sugiere la prevalencia de vientos de disco en los cuásares.

Los resultados de este estudio tienen amplias implicaciones para una comprensión más profunda de varios aspectos de la física de acreción de agujeros negros supermasivos, el crecimiento de la masa de los agujeros negros, la reionización cósmica, el origen de las regiones de línea ancha, la extinción del polvo ultravioleta extremo y más.

En el futuro, los proyectos de satélites con capacidades de detección ultravioleta, como el Telescopio de la Estación Espacial China (CSST, http://nao.cas.cn/csst/ ), mejorarán enormemente nuestra comprensión de las propiedades físicas de los cuásares y objetos celestes similares.

Más información: Zhen-Yi Cai et al, A universal average spectral energy distribution for quasars from the optical to the extreme ultraviolet, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02088-5

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