Perseus A (part II)

27
setembre
2023
Mapa de l'emissió en ràdio de la regió més central de la ràdio-galàxia 3C 84. La imatge mostra els primers 10 anys-llum des del forat negre súper-massiu del seu nucli. A l'esquerra, el mapa obtingut mitjançant interferometria espacial (RadioAstron), a 22 GHz. A la dreta, la mateixa imatge utilitzant només antenes terrestres. Crèdit: RadioAstron / G.Giovannini (UniBo/INAF), M.Orienti (INAF)

Ara que ja tenim clara l'estructura a gran escala de la radio-galàxia 3C 84, podem fer servir la interferometria de llarga base per tal d'assolir resolucions observacionals sorprenents i apropar-nos al que ocorre al seu nucli central.

Figura 1. Imatge esquemàtica del telescopi espacial Radioastron en combinació amb telescopis terrestres observant una galàxia en ones de ràdio. MPIfR/ A. Lobanov.

Recordem que la interferometria de llarga base és una tècnica observacional en ràdio-freqüències que implica antenes separades per distàncies enormes. Combinant-ne el senyal rebut d'un mateix objecte, aquesta tècnica ens permet obtenir-ne una imatge que s'aproparia al que observaríem si tinguérem un telescopi tan gran com la distància que separa les antenes més allunyades. En conseqüència, si separem les antenes a distàncies inter-continentals seria com si tinguérem una antena de la grandària del planeta. Les imatges que mostrem en aquesta entrada estan més enllà de la resolució abastable per qualsevol telescopi òptic.

En l'entrada anterior vam veure com l'emissió en ràdio sembla oscil·lar periòdicament. La corba de llum (veure Figura 4 de l'entrada anterior) mostrava un increment notable de la lluminositat iniciat en la dècada dels anys 50 o principis dels 60, i una altra en la dècada dels 2000. En tots dos casos, l'increment va anar associat a l'ejecció de matèria i camps magnètics des de l'entorn del forat negre.

Figura 2. Imatge obtinguda mitjançant interferometria en ràdio de la galàxia 3C 84. Les parts més externes mostren la distribució de matèria de l'ejecció iniciada fa uns 60 anys. A la part central s'observa una regió brillant que correspon a l'ejecció recent observada per Radioastron (veure la imatge de capçalera). Legacy Astronomical Images, “3C84,” NRAO/AUI Archives, accessed September 17, 2023, https://www.nrao.edu/archives/items/show/33396.

Posem-li doncs llum a la foscor, com diuen als programes de crims. Si mirem una imatge en ràdio de l'any 1995, obtinguda amb el dispositiu VLBA (Very Large Baseline Array, Figura 2), de l'observatori radio-astronòmic nacional (NRAO), veiem que l'ejecció dels anys 50-60 ha evolucionat. S'ha unflat i ha generat una bombolla d'emissió en ràdio que es troba a uns 30-40 anys-llum del forat negre. Per tant la velocitat estimada de propagació ha estat d'entorn el 50% de la velocitat de la llum.

I què hi ha de la fase d'activitat iniciada fa deu anys? Necessitem més resolució, ens cal una antena més gran. Però si ja tenim antenes tan grans com el nostre planeta i no és suficient, com ho fem, això? Ben senzill, posem un radio-telescopi en òrbita! Combinant les antenes terrestres amb el radio-telescopi espacial rus Radioastron (Figura 1), ens apropem a tocar de la boca de l'avern.

Allà dins hi trobem una imatge curiosa (Figura 3), potser inquietant. No es tracta del mateix Perseu amb el cap de Medusa a la mà, però ens deixa de pedra. Si més no, a servidor. La darrera ejecció s'ha propagat poc menys d'una desena d'anys llum des de la seua formació al voltant del forat negre central. Som, per tant, testimonis directes de l'ejecció d'una quantitat enorme d'energia que escombrarà les regions internes de la galàxia com un tsunami. L'energia injectada és l'equivalent a convertir la massa del nostre planeta en energia (E0=m c2) cada huit minuts.

La velocitat amb què avança el cap de l'ejecció per la regió és d'un 20 a un 30% de la velocitat de la llum. Recordem que es propaga per una part central de la galàxia ja devastada per l'ejecció anterior. Per les ejeccions anteriors que han travessat la galàxia. Segons la interpretació que hem fet d'aquests mapes, sembla que en el moment de l'observació, el cap del doll més recent està impactant amb un núvol de gas, el que fa augmentar la brillantor en la zona d'impacte.

Figura 3. Mapa de l'emissió en ràdio de la regió més central de la ràdio-galàxia 3C 84 obtingut mitjançant interferometria espacial (RadioAstron), a 22 GHz. El punt C1 seria el nucli de la galàxia, on hi ha el forat negre. L'ejecció en la direcció oposada hi és, però la seua emissió està absorbida pel gas que envolta el nucli actiu. Crèdit: RadioAstron / T. Savolainen. Obtinguda de Savolainen et al. 2023.

Els núvols de gas en el medi interestel·lar són els llocs on es poden formar estrelles noves. En aquest cas, però, la col·lisió escalfa i expandeix el gas que el conforma, segurament evitant qualsevol opció que s'hi formen estrelles. Vet ací per tant, possiblement, un exemple de l'impacte de l'activitat galàctica. No puc evitar pensar en quantes estrelles, quants planetes, han deixat de formar-se en tot l'Univers per l'impacte d'aquests dolls. I en quants s'ha frustrat l'evolució de vida en la seua superfície degut a la radiació d'alta energia que emeten.

Com veiem, la ràdiogalàxia 3C 84, també coneguda com NGC 1275, representa un objecte molt interessant per estudiar la recurrència de l'activitat galàctica (quins són els processos que fan arribar gas al nucli o de què depèn la periodicitat de les aportacions, per exemple), i el seu paper en l'evolució de les galàxies!

Segur que ara mateix la meitat dels lectors i lectores es pregunten com és possible que s'ejecte res des de l'entorn d'un forat negre, si sempre ens han explicat que res no escapa de la seua atracció fatal. Tanmateix... deixem això, així com la peculiar estructura del doll per a la propera.

Per acabar, sí que m'agradaria destacar el fet que la combinació de telescopis que ens ha permés obtenir aquestes espectaculars imatges impliquen una col·laboració internacional entre científics d'orígens ben diversos, també de països en conflicte entre ells. Els lligams personals i professionals que ens ofereix l'activitat científica i l'avenç en el coneixement humà han d'estar i estan per damunt dels interessos dels estats. Malauradament, darrerament patim dificultats imposades per alguns estats i entitats europees en la nostra col·laboració amb col·legues russos que res tenen a veure amb les accions empreses pel seu govern, i que en molts casos també pateixen.

Manel Perucho és professor de la Facultat de Física de la Universitat de València i fa recerca sobre diferents escenaris astrofísics en què la relativitat juga un paper important. En particular, estudia l’evolució i impacte de dolls de plasma en galàxies actives o en estels binaris de raigs X i gamma.
Manel Perucho és professor de la Facultat de Física de la Universitat de València i fa recerca sobre diferents escenaris astrofísics en què la relativitat juga un paper important. En particular, estudia l’evolució i impacte de dolls de plasma en galàxies actives o en estels binaris de raigs X i gamma.