Lights Out: los astrónomos iluminan el misterio de los cuásares desaparecidos



Es el mayor acto de desaparición en el universo. Los cuásares, balizas luminosas alimentadas por voraces agujeros negros supermasivos en los núcleos de galaxias distantes, han sido descubiertos desapareciendo, a veces desapareciendo en menos de un año. Después de lo que parece ser estándar, las galaxias húmedas emergen del resplandor disminuido. Aunque los astrónomos saben desde hace tiempo que cualquier quásar eventualmente se volverá inactivo a medida que su agujero negro central agote su materia prima de gas y polvo, tales objetos son tan inmensos en escala que el proceso debería tomar decenas de miles de años. Entonces, ¿cómo podría ocurrir en menos de un año?

Tal vez, se sugirió, las nubes de polvo que pasaban frente a los quásares les bloquearon temporalmente la vista. Tal vez, argumentaron algunos teóricos, estas bolas raras eran algo completamente diferente: un agujero negro supermasivo que devora una estrella podría provocar un estallido brevemente brillante y adecuado. O un sol que pasa podría actuar como una lupa celestial, creando una amplificación de luz similar a la flana. Pero estas ideas se han descartado en gran medida. En cambio, los astrónomos dicen que la evidencia muestra que los quásares están cambiando. Más precisamente, algún cambio en su disco de acreción, ese remolino de materia caliente que rodea el agujero negro de alimentación, es el verdadero culpable. Ahora, recientemente aceptado para publicación en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., agrega combustible a ese fuego. El astrónomo del Instituto de Tecnología de California Matthew Graham y sus colegas casi triplicaron la cantidad de quásares conocidos de "cambio de aspecto", todos los cuales muestran claramente cambios radicales en su disco de acreción. Esta es la muestra más grande de tales cuásares jamás compilados, permitiendo a los astrónomos vislumbrar finalmente detalles más profundos detrás de estos misteriosos cambios, que, a su vez, podrían ayudar a explicar mejor la mecánica de alimentar agujeros negros y los medios por los cuales las galaxias como la Vía Láctea evolucionar con el tiempo cósmico.

Desde el descubrimiento del primer cuásar de aspecto cambiante conocido en 2014, los astrónomos han perseguido más de estas extrañas bolas, algunas de las cuales parecen iluminarse rápidamente cuando una galaxia de repente se convierte en un cuásar luminoso. Aquí también, la escala de tiempo parecía imposible. Entonces los astrónomos monitorearon estos objetos en todas las longitudes de onda disponibles. Recientemente, ese enfoque ha involucrado tanto la luz visible como la infrarroja, dos longitudes de onda que permiten a los investigadores explorar diferentes aspectos del sistema físico. En un cuásar, la luz visible emana principalmente del disco de acreción, mientras que la luz infrarroja proviene principalmente de un toro periférico más grande, un anillo de polvo en forma de rosquilla que envuelve el disco de acreción. Esas observaciones superpuestas duales revelaron un nuevo detalle notable: los cambios en la luz visible se hacen eco de los cambios en la luz infrarroja. Debido a que el disco de acreción brillante envía luz hacia el toro más oscuro, donde es absorbido y reemitido a las longitudes de onda infrarrojas, el eco es evidencia concluyente de que se está produciendo algún tipo de cambio rápido dentro del disco de acreción. "Pondría una cantidad decente de dinero, tal vez no mi hipoteca o mis préstamos estudiantiles, que los cambios brutos en la tasa de acumulación son la explicación preferida", dice Nicholas Ross, coautor del nuevo estudio y astrónomo de la Universidad. de Edimburgo en Escocia.

Con ese modelo en mente, Graham, Ross y sus colegas estudiaron detenidamente los datos del, que cuenta con curvas de luz a escala de década (medidas de brillo en función del tiempo) para aproximadamente 500 millones de fuentes en el cielo. Primero, el equipo analizó los datos de Catalina para los objetos clasificados como cuásares en función de sus espectros (los diversos colores de su luz emitida). En segundo lugar, analizó las curvas de luz visible para encontrar los cuásares que se habían atenuado con el tiempo, haciendo referencia cruzada con las curvas de luz infrarroja (utilizando datos del satélite de exploración de infrarrojos de campo amplio de la NASA) para ver cómo se produjo la atenuación de cada candidato en ambos tipos de luz. . Finalmente, los investigadores observaron nuevamente el espectro de atenuación posterior de cada objeto para verificar que el objeto se había transformado en una galaxia. Luego buscaron galaxias que se transformaron en un cuásar.

En general, el equipo encontró 111 quásares que cambiaban rápidamente para complementar los 60 más o menos ya conocidos. Pero más que simplemente agregar entradas a un catálogo, el nuevo artículo constituye una sólida verificación de la realidad para un modelo emergente de las circunstancias físicas responsables de este fenómeno enigmático. Ese logro, argumenta Eric Morganson, astrónomo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que no participó en el estudio, lo convierte en un hito. Cada nueva curiosidad en astronomía, incluso los propios cuásares, que se descubrieron a mediados del siglo XX, entran por primera vez en el campo en una serie de documentos "gee-whiz" que señalan principalmente su rareza. Los astrónomos comienzan con algunos ejemplos que los dejan desconcertados. Pero a medida que buscan y encuentran más sistemáticamente, también obtienen una comprensión más profunda, construyendo mejores modelos de lo que creen que está ocurriendo. Finalmente, la investigación cruza un umbral donde las observaciones en su mayoría solo limitan los modelos existentes en lugar de dar lugar a modelos completamente nuevos. Este estudio marca ese punto de inflexión, dice Morganson.

En la nueva muestra, cada cuásar marcado muestra primero un cambio en la luz visible, seguido de un cambio en la luz infrarroja. Según los autores del artículo, esa es una prueba suficiente para concluir que el cambio observado es intrínseco a un quásar en sí mismo en lugar de ser el resultado de algún evento externo o fuerza. Como tal, el equipo argumenta que en lugar de "cambiar de aspecto", estos cuásares deberían llamarse "estado de cambio" para reflejar la verdadera naturaleza de sus orígenes.

Dejando a un lado la nomenclatura, el quid del misterio permanece: ¿Cómo, exactamente, puede un quásar completo de repente oscurecerse? ¿Y cómo, exactamente, puede una galaxia brillar repentinamente? Los cambios de temperatura en el disco de acreción, inducidos, quizás, por frentes fríos o calientes de gas, campos magnéticos cambiantes o alguna combinación de ellos, son la explicación preferida de los investigadores. Independientemente de la causa raíz, su estudio también modeló cómo debería ser un disco de acreción para que dichos cambios se propaguen a través de él tan rápidamente. Específicamente, el equipo descubrió que un disco debe estar hinchado y muy viscoso para exhibir cambios tan rápidos. "Puedes enviar una ola a través de la melaza más rápido de lo que puedes enviarla al agua", dice la coautora del estudio Kathleen E. Saavik Ford, astrónoma del Museo Americano de Historia Natural (AMNH) en la ciudad de Nueva York y la comunidad del distrito de Manhattan. Colegio, Universidad de la Ciudad de Nueva York (BMCC). Lo mismo es cierto para un disco más grueso y esponjoso, algo que se parece más a una dona que a un CD. "Puedes pensar en ello, más o menos, como una tubería", dice Saavik Ford. "Puede transmitir información más rápido a través de una tubería gruesa que a través de una tubería delgada". Así que no importa cuál sea el cambio, es probable que requiera un disco hinchado y viscoso.

Esa conclusión es contraria a la opinión científica consensuada, que durante mucho tiempo sostuvo que tales discos deberían ser delgados. Pero el coautor del estudio, Barry McKernan, astrónomo de AMNH y BMCC, argumenta que el hallazgo se burla del reciente trabajo teórico que muestra que los discos de acreción podrían ser bastante gruesos.

Aún así, el mecanismo exacto en el trabajo en el caso de los quásares desaparecidos sigue siendo desconocido. John Ruan, astrónomo de la Universidad McGill, que no participó en el estudio, argumenta que quizás no necesitemos elegir un solo mecanismo en cualquier caso. Una conclusión de todos los ejemplos recién descubiertos es su impresionante diversidad. Algunos parecen cambiar gradualmente, mientras que otros parpadean rápidamente. "No me sorprendería en absoluto si los cuásares de cambio de aspecto se deben a una variedad de cosas", dice.