chorro astrofísico

Un chorro astrofísico es un fenómeno astronómico en el que la materia ionizada es expulsada a alta velocidad de un objeto astronómico, en un par de corrientes estrechas en direcciones opuestas, alineadas con el eje de rotación del objeto . ^{[ 1 ]} Cuando la materia en estas corrientes fluye a una velocidad cercana a la de la luz , el chorro se denomina chorro relativista , ya que demuestra fenómenos predichos por la relatividad especial .

Los chorros astrofísicos están asociados con muchos tipos de fuentes astronómicas de alta energía , como agujeros negros , estrellas de neutrones y púlsares . Sus causas aún no se comprenden del todo, pero se cree que surgen de interacciones dinámicas dentro de los discos de acreción . Una explicación es que, a medida que un disco de acreción gira, genera un campo magnético giratorio y enredado que concentra el material del disco en los chorros y luego lo aleja del objeto central. ^{[ 2 ]} Los chorros también pueden verse influenciados por un efecto de la relatividad general conocido como arrastre de marcos . ^{[ 3 ]}

La mayoría de los chorros más grandes y activos son creados por agujeros negros supermasivos (SMBH) en el centro de galaxias activas como cuásares y radiogalaxias o dentro de cúmulos de galaxias. ^{[ 4 ]} Dichos chorros pueden superar millones de pársecs en longitud. ^{[ 2 ]} Otros objetos astronómicos que producen, o son causados ​​por, chorros incluyen estrellas variables cataclísmicas , binarias de rayos X y estallidos de rayos gamma (GRB). Los chorros a una escala mucho menor (~pársecs) pueden encontrarse en regiones de formación estelar, incluyendo estrellas T Tauri y objetos Herbig-Haro ; estos objetos se forman parcialmente por la interacción de chorros con el medio interestelar . Los flujos bipolares también pueden estar asociados con protoestrellas , ^{[ 5 ]} o con estrellas post-AGB evolucionadas , nebulosas planetarias y nebulosas bipolares .

Los chorros relativistas son haces de materia ionizada acelerados cerca de la velocidad de la luz. La mayoría se han asociado observacionalmente con agujeros negros centrales de algunas galaxias activas , radiogalaxias o cuásares , y también con agujeros negros estelares galácticos , estrellas de neutrones o púlsares . Las longitudes de los haces pueden extenderse entre varios miles, ^{[ 6 ]} cientos de miles ^{[ 7 ]} o millones de pársecs. ^{[ 2 ]} Las velocidades de los chorros al aproximarse a la velocidad de la luz muestran efectos significativos de la teoría especial de la relatividad ; por ejemplo, el efecto de direccionalidad relativista que cambia el brillo aparente del haz. ^{[ 8 ]}

Los agujeros negros centrales masivos en las galaxias poseen los chorros más potentes, pero su estructura y comportamiento son similares a los de las estrellas de neutrones y agujeros negros galácticos más pequeños. Estos sistemas suelen denominarse microcuásares y muestran un amplio rango de velocidades. El chorro de SS 433 , por ejemplo, tiene una velocidad media de 0,26 c . ^{[ 9 ]} La formación de chorros relativistas también podría explicar los estallidos de rayos gamma observados, que poseen los chorros más relativistas conocidos, al ser ultrarrelativistas . ^{[ 10 ]}

Los mecanismos que explican la composición de los chorros siguen siendo inciertos, ^{[ 11 ]} aunque algunos estudios favorecen modelos donde los chorros están compuestos de una mezcla eléctricamente neutra de núcleos , electrones y positrones , mientras que otros son consistentes con chorros compuestos de plasma de positrones y electrones. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} Se esperaría que los núcleos traza arrastrados por un chorro relativista de positrones y electrones tuvieran una energía extremadamente alta, ya que estos núcleos más pesados ​​deberían alcanzar una velocidad igual a la velocidad del positrón y del electrón.

Debido a la enorme cantidad de energía necesaria para lanzar un chorro relativista, es posible que algunos chorros sean impulsados ​​por agujeros negros en rotación . Sin embargo, la frecuencia de fuentes astrofísicas de alta energía con chorros sugiere combinaciones de diferentes mecanismos identificados indirectamente con la energía dentro del disco de acreción asociado y las emisiones de rayos X de la fuente generadora. Se han utilizado dos teorías iniciales para explicar cómo se puede transferir energía de un agujero negro a un chorro astrofísico:

• Proceso de Blandford-Znajek . ^{[ 15 ]} Esta teoría explica la extracción de energía de los campos magnéticos alrededor de un disco de acreción, que son arrastrados y retorcidos por el giro del agujero negro. El material relativista es entonces lanzado, posiblemente, por el estrechamiento de las líneas de campo.
• Mecanismo de Penrose . ^{[ 16 ]} Aquí se extrae energía de un agujero negro en rotación mediante el arrastre de marcos , que posteriormente fue demostrado teóricamente por Reva Kay Williams como capaz de extraer energía y momento de partículas relativistas , ^{[ 17 ]} y posteriormente se demostró que es un posible mecanismo para la formación de chorros. ^{[ 18 ]} Este efecto incluye el uso del gravitomagnetismo relativista general .

También se pueden observar chorros de estrellas de neutrones en rotación. Un ejemplo es el púlsar IGR J11014-6103 , que tiene el chorro más grande observado hasta ahora en la Vía Láctea , y cuya velocidad se estima en el 80% de la velocidad de la luz (0,8 c ). Se han obtenido observaciones de rayos X, pero no hay ninguna señal de radio detectada ni disco de acreción. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Inicialmente, se supuso que este púlsar giraba rápidamente, pero mediciones posteriores indican que la velocidad de rotación es de solo 15,9  Hz. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Una velocidad de rotación tan lenta y la falta de material de acreción sugieren que el chorro no está impulsado ni por rotación ni por acreción, aunque parece estar alineado con el eje de rotación del púlsar y perpendicular al movimiento real del púlsar.

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  Ilustración de la dinámica de un propulsor , incluyendo un chorro
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  Centaurus A en rayos X mostrando el chorro relativista
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  El avión M87 captado por el Very Large Array en radiofrecuencia (el campo de visión es mayor y está rotado con respecto a la imagen anterior).
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  Archivo del Legado del Hubble Imagen en ultravioleta cercano del chorro relativista en 3C 66B
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  La galaxia NGC 3862 , un chorro extragaláctico de material que se mueve casi a la velocidad de la luz, puede verse en la posición de las tres en punto.
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  Algunos de los aviones a reacción en HH 24-26 , que contiene la mayor concentración de aviones a reacción conocida en todo el cielo.
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  Chorros bipolares eyectados de la estrella binaria en interacción KX Andromedae.

• Viento de disco, flujo de salida de ángulo amplio más lento, que a menudo ocurre junto con un chorro.
• disco de acumulación
• flujo bipolar
• Proceso de Blandford-Znajek
• Objeto Herbig-Haro
• Proceso de Penrose
• CGCG 049-033 , galaxia elíptica ubicada a 600 millones de años luz de la Tierra, conocida por tener el chorro galáctico más largo descubierto.
• Explosión de rayos gamma
• chorro solar

• NASA – Pregúntale a un astrofísico: Chorros bipolares de agujeros negros
• SPACE.com – Física retorcida: cómo se originan los agujeros negros
• Blandford, Roger; Agol, Eric; Broderick, Avery; Heyl, Jeremy; Koopmans, Leon; Lee, Hee-Won (2001). "Objetos compactos y discos de acreción". arXiv : astro-ph/0107228v1 .
• Vídeo del Hubble muestra una colisión impactante dentro del chorro de un agujero negro ( Artículo )