Radiogalaxia

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Les radiogalaxias y los sos parientes, quásares radiu-intensos y blazars, son tipos de galaxa activa bien lluminoses en frecuencies de radiu (d'hasta 1038 W ente 10 MHz y 100 GHz). La emisión de radio ye debida a la radiación sincrotrón.

La estructura reparada na emisión de radio ye determinada pola interacción ente remexos de materia ximielgos y un mediu esternu, modificáu polos efeutos de la direición relativista. Les galaxes actives radio-intenses son interesantes non solo por sigo mesmes, sinón tamién porque pueden ser detectaes a grandes distancies, convirtiéndoles en ferramientes pervalibles pa la cosmoloxía observacional. Apocayá utilizóse los efeutos d'estos oxetos nel mediu intergaláctico, particularmente nes agrupaciones galáctiques.

Procesos d'emisión[editar | editar la fonte]

La emisión de radiu de les radiogalaxias radio-intenses ye una emisión sincrotrón, como se dedució de la so naturaleza multifrecuencia y polarización fuerte. Esto implica qu'el plasma contién, siquier, electrones con velocidaes relativistes (con factores de Lorentz de 10⁴) ~y campos magnéticos. Como l'plasma ten de ser neutru, tamién puede contener protones o positrones. Nun hai una forma de determinar el conteníu de partícules de la observación direuta de la radiación sincrotrón. Amás, nun hai forma de determinar les densidaes d'enerxía en partícules y campos magnéticos a partir de la so observación: esto ye, la mesma emisión sincrotrón puede ser la resultancia de pocos electrones y un campu fuerte, o un campu débil y munchos electrones o un estáu entemediu. Ye posible determinar una condición d'enerxía mínima que ye la densidá d'enerxía mínima qu'una zona con una emisión dada puede tener,[1] pero mientres munchos años nun hubo una razón en particular pa creer que les enerxíes verdaderes tuvieren ayundes cerca de les enerxíes mínimes.

Un procesu similar a la radiación sincrotrón ye'l procesu Compton inversu, nel qu'electrones relativistes interactúan con fotones del ambiente y produzse una espardimientu Thomson d'ellos a altes enerxíes. La emisión Compton inversa de les fontes radio-intenses resultó ser particularmente importante en rayos X[2] y, por cuenta de que depende namái de la densidá d'electrones (y de la densidá de fotones cuando ye conocida), una detección del espardimientu Compton inversa dexa una estimación de les densidaes d'enerxía en partícules y campos magnéticos. Utilizóse pa sostener que la mayoría de les fontes tán realmente abondo cerca de la so condición d'enerxía mínima.

La radiación sincrotrón nun ta confinada a llargores d'onda de radio: si una fonte de radiu puede acelerar partícules a enerxíes bien altes, que fueron detectaes tamién pueden ser vista en infrarroxos, lluz, ultravioletes o inclusive rayos X, anque nel últimu casu, los electrones tienen de tener enerxíes cimeres a 1 TeV. De nuevu, la polarización y l'espectru continuu son utilizaos pa estremar la radiación sincrotrón d'otros procesos d'emisión. Los remexos de materia y los puntos calientes son les fontes habituales de radiación sincrotrón d'alta frecuencia. Ye difícil estremar por observación ente la radiación sincrotrón y la radiación de Compton inversa, y hai un desalcuerdu actual sobre que procesos se ven en dellos oxetos, particularmente nos rayos X.

Los procesos que producen la población de partícules non térmiques relativistes qu'apaecen na radiación sincrotrón y Compton inversa son conocíes de forma colectiva como aceleración de partícules. L'aceleración Fermi ye un procesu d'aceleración de partícules plausible na radiogalaxias radio-intenses.

Radioestructuras[editar | editar la fonte]

Radiogalaxia 3C 75 en llargor d'onda visible y radiofrecuencia.

Les radiogalaxias, y en menor midida, los quásares radio-intensos, amuesen una amplia gama d'estructures nos mapes de radio. La estructura a gran escala más común son los denominaos lóbulos: son estructures dobles, aprosimao elipsoidales y dacuando simétriques asitiaes en cada llau del nucleu activu. Una significante minoría de fontes de lluminosidá baxa amuesen estructures conocíes como columnes, que son más allargaes. Delles radiogalaxias amuesen unu o dos traces allargaos conocíos como remexos, unu de los más conocíu atópase na Galaxa elíptica M87 del Cúmulu de Virgo, que salen direutamente del nucleu escontra los lóbulos. Dende los años 1970[3][4] el modelu más aceptáu ye que los lóbulos o columnes tán alimentaes por fexes de partícules d'alta enerxía y el campu magnético qu'apaez cerca del nucleu activu. Créese que los remexos son les manifestaciones visibles de tales fexes y, de cutiu, utilízase'l términu remexu o jet tantu pa la traza visible como pal fluxu subxacente.

Les fontes de radio fueron estremaes por Fanaroff y Riley en dos clases, conocíes como clase I de Fanaroff y Riley (FRI) y clase II (FRII).[5] La distinción fíxose orixinalmente basándose na morfoloxía de la emisión de radiu a gran escala, determináu'l tipu pola distancia ente los puntos más brillosos na emisión de radio: Les fontes FRI yeren más brilloses escontra'l centru, ente que les fontes FRII yeren más brilloses nos cantos. Fanaroff y Riley repararon qu'había una llende clara de lluminosidá ente los dos clases: les FRI yeren de lluminosidá baxa y les FRII de lluminosidá alta. Col aumentu de les observaciones detallaes, la morfoloxía resultó reflexar el métodu de tresporte d'enerxía de la fonte de radio. Los oxetos FRI tienen remexos brillosos nel centru, ente que los oxetos FRII teníen remexos tenues pero punto calientes brillantes nos estremos de los lóbulos. La clase FRII paecía ser capaz de tresportar la enerxía de forma eficiente a los estremos de los lóbulos, ente que los fexes de les FRI yeren ineficaces nel sentíu de que radiaben grandes cantidaes d'enerxía pa escontra fora nel so viaxe.

En mayor detalle, la división FRI/FRII depende de redolada de la galaxa anfitriona[6] nel sentíu que les transición FRI/FRII apaez en lluminosidaes más altes en galaxes más masives. Los remexos de les FRI son conocíos por desacelerar nes rexones en que la so emisión de radio ye más brillosa[7] y asina paez que la transición FRI/FRII reflexa si un remexu o fexe puede arrobinase al traviés de la galaxa anfitriona ensin desacelerar a velocidaes subrelativistas pola interacción col mediu intergaláctico. Del analís de los efeutos de la direición relativista, los remexos de les fontes FRII son conocíos por permanecer a velocidaes relativistes (siquier 0,5 c) nos estremos de los lóbulos. Los puntos calientes que se reparen nes fontes FRII son interpretaes como manifestaciones visibles de topetes formaos cuando'l remexu termina de forma abrupta a la fin de la fonte y les sos distribuciones espectrales d'enerxía son consistentes con esta idea.[8] De cutiu vese múltiples puntu calientes, reflexando bien el fluxu continuo tres el choque o'l movimientu del remexu nel puntu de terminación. Les rexones de puntos calientes denominar n'ocasiones como complexos de puntos calientes.

Los nomes que reciben dellos tipos en particular de fontes de radiu, basaos nel so radioestructura son:

  • Doble clásica, una fonte FRII con puntos calientes escamplaes.
  • Cola d'ángulu ampliu, una fonte entemedia ente los estándares FRI y FRII, con remexos eficientes y delles vegaes, puntos calientes, pero con columnes en llugar de lóbulos, atopaos cerca de los centros d'agrupaciones galáctiques.
  • Cola d'ángulu estrechu, describe una FRI que paez curvada pola presión dinámica nel so movimientu al traviés d'un cúmulu.
  • Dobles gordes, son fontes con lóbulos difusos pero ensin remexos nin puntos calientes. Dalgunos d'estos tipos pueden ser muertes que'l so suministro d'enerxía fueron cortaos de forma temporal o permanente.

Ciclu de vida y dinámica[editar | editar la fonte]

Les radiogalaxias más grandes tienen lóbulos o columnes d'escales de megaparsec, lo qu'implica una escala de tiempu pa la so crecedera del orde de decenes a cientos de millones d'años. Esto significa que, sacante en casos de fontes bien pequeñes y bien nueves, non puede reparase direutamente la dinámica de les fontes de radiu y débese recurrir a la teoría ya interferencies con una cantidá grande d'oxetos. De forma evidente, les fontes de radiu tienen d'empezar con un tamañu pequeñu y crecer. Nel casu de fontes con lóbulos, la dinámica ye bastante senciella y foi perfilada por P.A.G. Scheuer:[3] los remexos alimenten a los lóbulos, la presión de los lóbulos amonten y el lóbulu espándese. La velocidá d'espansión depende de la densidá y presión del mediu esternu. La fase de mayor presión del mediu esternu, y por tantu la fase más importante dende'l puntu de vista dinámicu, ye la de gas caliente difusu emitiendo rayos X.

Mientres enforma tiempu asumióse que les fontes podríen espandise de forma supersónica (la velocidá del soníu nun puede superar c/√3, emburriando un choque d'ondes al traviés del mediu esternu. Sicasí, la observación de rayos X amuesen que les presiones internes de los lóbulos de les fontes FRII suelen ser cercanes a les presiones térmiques esternes[9] y non muncho mayor que les presiones esternes, que seríen necesaries pa una espansión supersónica. L'únicu sistema d'espansión supersónica conocíu consiste nos lóbulos internos de la radiogalaxia de baxa intesidad Centaurus A, que probablemente sía la resultancia d'un españíu relativamente recién del nucleu activu.[10]

Galaxes anfitrionas y redolaes[editar | editar la fonte]

Les radiogalaxias atopar de manera casi universal agospiándose en galaxes elíptiques. Dalgunes galaxes Seyfert amuesen pequeños remexos débiles, pero ensin l'abonda lluminosidá pa ser clasificaos como radio-intensos. Cola información disponible sobre les galaxes anfitrionas de qúasares radio-intensos y blazars, suxúrese que tamién s'agospien en galaxes elíptiques.

Hai delles posibles razones por esta preferencies a les galaxes elíptiques. Les galaxes elíptiques contienen xeneralmente la mayoría de los furacos negros masivos y por tantu son capaces d'abastecer a la mayoría de les galaxes actives lluminoses (vease lluminosidá de Eddington). Otra razón ye que les galaxes elíptiques esiste redolaes riques, apurriendo mediu intergaláctico en grandes cantidaes pa confinar a la fonte de radio. Tamién puede ser que les grandes cantidaes de gas frío nes galaxes espirales de dalguna manera atayen o esanicien la formación d'un remexu. Hasta la fecha nun hai una única esplicación convincente pa les observaciones.

Modelos unificaos[editar | editar la fonte]

Los distintos tipos de galaxes actives radio-intenses son enllazaes por modelos unificaos. La observación clave que condució a l'adopción de modelos unificaos pa les radiogalaxias y los quásares radio-intensos foi que tolos quásares paecen tar llanzando emisiones escontra la Tierra, amosando movimientu superluminal nos nucleos[11] y los remexos brillosos nel llau de la fonte más próxima a la Tierra.[12][13] Si esti ye'l casu, tien d'haber una población d'oxetos que nun emitan escontra la Tierra y, como los lóbulos nun tán afeutaos pola emisión, tendríen d'apaecer como radiogalaxias, apurriendo que'l nucleu del quásar tea escurecíu cuando la fonte ver dende un llau. Aceptóse que siquier les radiogalaxias de mayor intensidá tien quásares ocultos, anque nun ta claru si toles radiogalaxias d'esi tipu seríen quásares si pudieren vese dende l'ángulu correctu. De manera similar, les radiogalaxias d'intensidá son una población pariente creíble d'oxetos BL Lacertae.

Usu de les radiogalaxias[editar | editar la fonte]

Fontes alloñaes[editar | editar la fonte]

Les radiogalaxias y los quásares radio-intensos fueron utilizaos llargamentesobremanera nes décades de 1980 y 1990, pa buscar galaxes alloñaes, por aciu la seleición basada nel espectru de radiu y depués reparando la galaxa anfitriona yera posible buscar oxetos con un fana en candia alto por un costu de tiempu modestu. El problema d'esti métodu ye que los anfitriones de galaxes actives puede nun ser galaxes típiques na so fana en candia. De forma similar, les radiogalaxias usáronse pa buscar cúmulos d'emisión de rayos X, pero agora prefiérense métodos de seleición imparciales.

Regles estándares[editar | editar la fonte]

Intentóse utilizar les radiogalaxias como regles estándares pa determinar parámetros cosmolóxicos. Esti métodu ta cargáu de problemes por cuenta de que'l tamañu de la radiogalaxia depende tantu de la so edá como de la so redolada. Cuando un modelu de fonte de radio ye utilizáu, los métodos basaos en radiogalaxias puede dar bones resultancies con otres observaciones cosmolóxiques.[14]

Efeutos na redolada[editar | editar la fonte]

Si una fonte de radio espandir de forma supersónica o non, tien de realizar un trabayu contra'l mediu esternu na espansión, y por tantu tresfier enerxía pa calecer y estenar l'plasma esternu. La enerxía mínima almacenada nos lóbulos d'una fonte de radiu d'intensidá alta pue ser de 1053 J, La llende inferior nel trabayu realizáu nel mediu esternu por tal fonte ye delles vegaes esta cantidá. L'interés actual de les fontes de radio centrar nel efeutu que tienen de tener nos centros de cúmulos. Tamién ye interesante l'efeutu de la estructura mientres el tiempu cosmolóxicu, pos puede apurrir un mecanismu de retroalimentación pa retrasar la formación d'oxetos más masivos.

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. Burbidge G., On synchrotron radiation from Messier 87, 1956, Astrophys. J., 124, 416
  2. Croston J.H., Hardcastle M.J., Harris D.Y., Belsole Y., Birkinshaw M., Worrall D.M., An X-ray study of magnetic field strengths and particle content in FRII radio sources, 2005, ApJ, 626, 733
  3. 3,0 3,1 Scheuer P.A.G, Models of extragalactic radio sources with a continuous energy supply from a central object, 1974, MNRAS, 166, 513.
  4. Blandford R.D., Rees M.J., A "twin-exhaust" model for double radio sources, 1974, MNRAS, 169, 395
  5. Fanaroff B.L., Riley J.M., 1974, The morphology of extragalactic radio sources of high and low luminosity, 1974, MNRAS, 167, 31P
  6. Owen F.N., Ledlow M.J., The FRI/II Break and the Bivariate Luminosity Function in Abell Clusters of Galaxies, 1994, en The First Stromlo Symposium: The Physics of Active Galaxies. ASP Conference Series, Vol. 54, 1994, G.V. Bicknell, M.A. Dopita, and P.J. Quinn, Eds., p.319
  7. Laing R.A., Bridle A.H., Relativistic models and the jet velocity field in the radio galaxy 3C31, 2002, MNRAS, 336, 328
  8. Meisenheimer K., Röser H.-J., Hiltner P.R., Yates M.G., Longair M.S., Chini R., Perley R.A., 1989, The synchrotron spectra of radio hotspots, 1989, Astron. Astrophys., 219, 63
  9. Hardcastle M.J., Birkinshaw M., Cameron R.A, Harris D.Y., Looney L.W., Worrall D.M., Magnetic field strengths in the hotspots and lobes of three powerful FRII radio sources, 2003, Astrophys. J., 581, 948
  10. Kraft R.P., Vázquez S., Formen W.R., Jones C., Murray S.S., Hardcastle M.J., Worrall D.M., X-ray emission from the hot ISM and SW radio lobe of the nearby radio galaxy Centaurus A, 2003, Astrophys. J., 592, 129
  11. Barthel P.D., Is every quasar beamed?, 1989, Astrophys. J., 336, 606
  12. Laing R.A., The sidedness of jets and depolarization in powerful extragalactic radio sources, 1988, Nature, 331, 149
  13. Garrington S., Leahy J.P., Conway R.G., Laing R.A., A systematic asymmetry in the polarization properties of double radio sources, 1988, Nature, 331, 147
  14. Daly R.A, Djorgovski S.G., A Model-Independent Determination of the Expansion and Acceleration Rates of the Universe as a Function of Redshift and Constraints on Dark Energy, 2003, Astrophys. J., 597, 9

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]


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