Los Jets Inclinados Pueden Dar Forma a las Burbujas Cósmicas de la Vía Láctea

Se han observado dos burbujas grandes en la Galaxia con el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, que se extienden simétricamente por encima y por debajo del centro de la Vía Láctea. Estas burbujas, conocidas como las burbujas de Fermi, son descubrimientos importantes en astrofísica. Recientemente, el telescopio eROSITA también ha encontrado burbujas grandes similares en las Emisiones de rayos X. Surge la pregunta: ¿Podrían estas estructuras de burbujas formarse por chorros de un agujero negro central que están inclinados en lugar de ser verticales?

#Antecedentes sobre las Burbujas

Las burbujas de Fermi se extienden unos 50 grados por encima y por debajo del centro galáctico. Emiten rayos gamma, una forma de radiación de alta energía, mostrando un brillo bastante uniforme y bordes nítidos. Además, eROSITA ha revelado dos burbujas gigantes que se parecen a las burbujas de Fermi, sugiriendo que pueden tener un origen común relacionado con energías pasadas del centro galáctico.

Tradicionalmente, los científicos han pensado que la energía de los chorros creados por núcleos galácticos activos (AGN) se dirigiría verticalmente, pero esto podría no reflejar la realidad. La orientación de los chorros de agujeros negros a menudo se ve influenciada por varios factores, incluyendo la rotación del agujero negro y el disco de acreción circundante. Las observaciones han demostrado que estos chorros a veces apuntan en direcciones que no son estrictamente verticales.

#Interacciones de los Chorros con el Disco Galáctico

Los chorros de los núcleos galácticos activos pueden ser interrumpidos por el gas en forma de grumos dentro de la Galaxia, lo que lleva a lo que se conoce como "chorros fallidos." Estos chorros aún pueden producir burbujas de plasma caliente cuando interactúan con regiones más densas de gas, y estas regiones de plasma pueden ascender a través de la atmósfera, formando las simetrías observadas de las burbujas. Esta investigación utiliza simulaciones tridimensionales para investigar cómo los chorros inclinados podrían ser la fuente de estas burbujas.

En el estudio, se comparan características distintas observadas en las burbujas con las predicciones generadas por las simulaciones. Se consideran varios ángulos de inclinación de los chorros, y a pesar de la inclinación, las burbujas aún parecen simétricas en relación con el centro galáctico.

#Simulaciones y Metodología

Las simulaciones utilizan hidrodinámica relativista especial, lo que ayuda a entender la dinámica de fluidos en movimiento rápido como el gas bajo condiciones extremas. Se incluyen Rayos Cósmicos y gas térmico para representar mejor las condiciones alrededor de la Galaxia. Los chorros se modelan para interactuar con una capa densa y delgada de Medio Interestelar (ISM) a medida que emergen del agujero negro.

Las simulaciones muestran cómo los chorros, incluso cuando están inclinados, aún llevan a formaciones que se asemejan a las burbujas observadas de Fermi y eROSITA. El estudio se centra en las interacciones entre los chorros y la región densa de gas. Monitoreados a lo largo del tiempo, estas interacciones ayudan a entender cómo las burbujas mantienen su simetría a pesar de las variaciones en las direcciones de los chorros.

#Hallazgos de las Simulaciones

1. Orientación de los Chorros y Simetría: Los resultados muestran que incluso cuando los chorros se emiten en varios ángulos desde el agujero negro, las estructuras generales de las burbujas siguen siendo simétricas con respecto al centro galáctico.

2. Olas de choque: Los bordes de las burbujas coinciden con frentes de choque creados por el gas caliente, lo que indica que la energía de los chorros está impactando realmente el entorno circundante.

3. Perfil de Temperatura: Las simulaciones indican que la temperatura del gas golpeado es consistente con los valores observados en las burbujas reales, sugiriendo que las simulaciones reflejan con precisión las condiciones en la Galaxia.

4. Rayos Cósmicos: El estudio revela que un índice espectral específico en la energía de los rayos cósmicos ayuda a reproducir las características observadas de las burbujas.

#Estructura Galáctica y Formación de Burbujas

La estructura de la Vía Láctea consiste en un disco de estrellas y gas con un halo menos denso que la rodea. Los chorros del agujero negro interactúan con esta compleja estructura, llevando a la formación de burbujas. Utilizando diferentes modelos para la densidad del gas y la temperatura, las simulaciones destacan cómo las variaciones en el medio interestelar influyen en la morfología de las burbujas.

#Rol del Denso Medio Interestelar

El denso medio interestelar juega un papel crucial en cómo se forman las burbujas. Sin el medio denso, los chorros son menos propensos a interactuar de manera eficiente, resultando en burbujas asimétricas. Cuando los chorros están inclinados, aún pueden interactuar con el grueso disco de gas, y esta interacción es crucial para mantener la simetría en las formas de las burbujas.

#Olas de Choque Comprimidas y Termalización

Cuando los chorros del agujero negro central interactúan con el gas denso, crean olas de choque que comprimen y calientan el material circundante. Esto lleva al desarrollo de choques reversos y hacia adelante que son esenciales para la dinámica de la formación de burbujas. El calentamiento del gas resulta en la formación de un plasma caliente y turbulento, que se observa en los modelos de burbujas de eROSITA y Fermi.

#Emisión de Rayos X y Datos Observacionales

Las emisiones de rayos X de las burbujas proporcionan información crucial. Las simulaciones buscan igualar estas observaciones produciendo un mapa de intensidad de rayos X a partir de los datos simulados. Los hallazgos indican que las burbujas simuladas no son tan brillantes como las observadas, sugiriendo la posibilidad de explorar más factores como los rayos cósmicos acelerados por choque, que podrían mejorar las emisiones.

#Espectros de Rayos Gamma y Microondas

Al comparar los espectros simulados con las emisiones observadas de rayos gamma y microondas, el estudio destaca que los electrones de alta energía pueden causar emisiones significativas a través de diferentes mecanismos. Los parámetros de mejor ajuste para los índices espectrales de rayos cósmicos indican una fuerte conexión con las emisiones observadas.

#Conclusión

Los hallazgos de las simulaciones apoyan la idea de que los chorros inclinados de un agujero negro central podrían de hecho crear las grandes burbujas simétricas observadas en la Galaxia. Al considerar las interacciones entre estos chorros y el denso medio interestelar, los investigadores pueden explicar las características de las burbujas de Fermi y eROSITA. La capacidad de relajar la suposición de chorros verticales abre nuevas avenidas para entender la dinámica compleja en juego en la formación de estas estructuras cósmicas.

La investigación no solo ofrece perspectivas sobre la naturaleza de los chorros de agujeros negros, sino que también ayuda a aclarar los procesos que llevan a características observables dentro de nuestra Galaxia. Se espera que futuras investigaciones profundicen más en la dinámica de los rayos cósmicos, la turbulencia y los impactos de varios parámetros de chorros en la formación de burbujas.