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El tamaño del agujero negro supermasivo revelado por su modelo de poder

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El tamaño del agujero negro supermasivo revelado por su modelo de poder

Impresión artística de un disco de acreción que gira alrededor de un agujero negro supermasivo invisible. El proceso de acreción produce fluctuaciones aleatorias en el brillo del disco a lo largo del tiempo, un patrón que se encuentra relacionado con la masa del agujero negro en un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Crédito: Gráfico cortesía de Mark A. Garlick / Simons Foundation

Los patrones de poder de los agujeros negros proporcionan información sobre su tamaño, informan los investigadores. Un nuevo estudio ha descubierto que el parpadeo de luz que se observa en la fuente de alimentación activa de los agujeros negros supermasivos está relacionado con su masa.

Los agujeros negros supermasivos son de millones a miles de millones de veces más masivos que el sol y normalmente residen en el centro de galaxias masivas. Cuando están inactivos y no se alimentan del gas y las estrellas que los rodean, los SMBH emiten muy poca luz; los astrónomos solo pueden detectarlos a través de sus influencias gravitacionales en las estrellas y el gas cercanos. Sin embargo, en el universo temprano, cuando las SMBH crecían rápidamente, alimentaban activamente (o acumulaban) material a tasas intensas y emitían una enorme cantidad de radiación, que a veces excedía toda la galaxia en la que residían, dijeron los investigadores.

El nuevo estudio, dirigido por el estudiante graduado de astronomía de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Colin Burke, y el profesor Yue Shen, ha descubierto una relación definitiva entre la masa de SMBH que se alimentan activamente y la escala de tiempo característica del patrón de luz parpadeante. Los resultados se publican en la revista Ciencia.

La luz observada de un acretor SMBH no es constante. Debido a procesos físicos que aún no se comprenden, muestra un parpadeo omnipresente en escalas de tiempo que van desde horas hasta décadas. «Muchos estudios han explorado las posibles relaciones entre el parpadeo observado y la masa de SMBH, pero los resultados no han sido concluyentes y, a veces, controvertidos», dijo Burke.

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El equipo compiló un gran conjunto de datos de SMBH de alimentación activa para estudiar el modelo de variabilidad de parpadeo. Identificaron una escala de tiempo característica, en la que cambia el patrón, que está estrechamente correlacionada con la masa del SMBH. Luego, los investigadores compararon los resultados con la acumulación de enanas blancas, los remanentes de estrellas como nuestro sol, y encontraron que la misma relación entre la escala de tiempo y la masa se mantiene, a pesar de que las enanas blancas son millones, miles de millones de veces menos masivas que la SMBH.

Los parpadeos de luz son fluctuaciones aleatorias en un agujero negroproceso de alimentación, dijeron los investigadores. Los astrónomos pueden cuantificar este patrón de parpadeo midiendo el poder de la variabilidad en escalas de tiempo. Para acumular SMBH, el modelo de variabilidad cambia de escalas de tiempo cortas a escalas de tiempo largas. Esta transición de patrón de variabilidad ocurre en una escala de tiempo característica que es más larga para agujeros negros más masivos.

El equipo comparó la alimentación del agujero negro con nuestra actividad de comer o beber, comparando esta transición con un eructo humano. Los bebés eructan con frecuencia cuando beben leche, mientras que los adultos pueden hacerlo por más tiempo. Los agujeros negros hacen lo mismo al alimentarse, dijeron.

“Estos resultados sugieren que los procesos que causan el parpadeo durante la acreción son universales, ya sea que el objeto central sea un agujero negro supermasivo o un objeto mucho más ligero. enano blanco«Dijo Shen.

«Establecer un vínculo firme entre el parpadeo de luz observado y las propiedades fundamentales del acelerador ciertamente nos ayudará a comprender mejor los procesos de acreción», dijo Yan-Fei Jiang, investigador del Instituto Flatiron y coautor del estudio.

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Los agujeros negros astrofísicos tienen un amplio espectro de masa y tamaño. Entre la población de agujeros negros de masa estelar, que pesan menos de varias docenas de veces la masa del sol, y las SMBH, existe una población de agujeros negros llamados agujeros negros de masa intermedia que pesan entre 100 y 100.000 veces la masa del sol. sol. masa del sol. masa del sol.

Se espera que los IMBH se formen en grandes cantidades a lo largo de la historia del universo, y pueden proporcionar las semillas necesarias para convertirse en SMBH más adelante. Sin embargo, desde una perspectiva de observación, esta población de IMBH es sorprendentemente esquiva. Solo hay un IMBH indiscutiblemente confirmado que pesa alrededor de 150 veces la masa del sol. Pero este IMBH fue descubierto por casualidad por la radiación de ondas gravitacionales de la coalescencia de dos agujeros negros menos masivos.

«Ahora que existe una correlación entre el modelo de parpadeo y la masa del objeto de acreción central, podemos usarlo para predecir cómo se vería la señal de parpadeo de un IMBH», dijo Burke.

Los astrónomos de todo el mundo esperan el comienzo oficial de una era de estudios masivos que monitorean el cielo dinámico y cambiante. El Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Vera C. Rubin de Chile estudiará el cielo durante una década y recopilará datos de parpadeo de luz para miles de millones de objetos, a partir de fines de 2023.

«La explotación del conjunto de datos LSST para buscar patrones de parpadeo compatibles con el aumento de IMBH tiene el potencial de descubrir y comprender completamente esta misteriosa población de agujeros negros muy buscados», dijo el coautor Xin Liu, profesor de astronomía en la U. por I.

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Referencia: «Una escala de tiempo de variabilidad óptica característica en los discos de acreción astrofísicos» 12 de agosto de 2021, Ciencia.
DOI: 10.1126 / science.abg9933

Este estudio es una colaboración con el profesor de astronomía y física Charles Gammie y el investigador postdoctoral en astronomía Qian Yang, el Centro de Estudios Avanzados del Universo de Illinois e investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara; la Universidad de St. Andrews, Reino Unido; el Instituto Flatiron; la Universidad de Southampton, Reino Unido; la Academia Naval de los Estados Unidos; y la Universidad de Durham, Reino Unido

Burke, Shen y Liu también están afiliados al Center for Astrophysical Surveys en el National Center for Supercomputing Applications en Illinois.

La National Science Foundation, el Science and Technology Facilities Council y la Illinois Graduate Survey Science Fellowship apoyaron esta investigación.

Experiencia en periódicos nacionales y periódicos medianos, prensa local, periódicos estudiantiles, revistas especializadas, sitios web y blogs.

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Los ingredientes clave para la vida en la Tierra provienen del espacio, sugiere nueva evidencia

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Los ingredientes clave para la vida en la Tierra provienen del espacio, sugiere nueva evidencia

Ha surgido nueva evidencia que sugiere que los componentes básicos de la vida fueron traídos a la Tierra primordial desde el espacio mediante meteoritos, un descubrimiento que podría ayudar a los científicos a buscar vida extraterrestre.

Se cree que estos meteoritos fueron restos fracturados de los primeros «asteroides no fundidos», un tipo de planetesimal. Los planetesimales son pequeños cuerpos rocosos que sirvieron como componentes básicos de los planetas rocosos del Sistema Solar, incluida la Tierra. Se formaron hace unos 4.600 millones de años en el disco de polvo y gas que rodeaba al sol naciente, cuando las partículas alrededor de nuestra joven estrella comenzaron a pegarse, acumulando más masa y formando cuerpos cada vez más grandes.

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El telescopio Hubble captura la gran mancha roja de Júpiter contrayéndose como una bola de estrés

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El telescopio Hubble captura la gran mancha roja de Júpiter contrayéndose como una bola de estrés

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Nuevas observaciones de la Gran Mancha Roja de Júpiter capturadas por el Telescopio Espacial Hubble muestran que la tormenta de 190 años se mueve como gelatina y cambia de forma como una bola de estrés apretada.

Las inesperadas observaciones, realizadas por el Hubble durante 90 días, de diciembre a marzo, muestran que la Gran Mancha Roja no es tan estable como parece, según los astrónomos.

La Gran Mancha Roja, o GRS, es un anticiclón, o gran circulación de vientos en la atmósfera de Júpiter que gira alrededor de un área central de alta presión a lo largo del cinturón de nubes de latitud media sur del planeta. Y la tormenta de larga duración es tan grande (la más grande del sistema solar) que la Tierra podría entrar en ella.

Aunque las tormentas generalmente se consideran inestables, la Gran Mancha Roja ha persistido durante casi dos siglos. Pero los cambios observados en la tormenta parecen estar relacionados con su movimiento y tamaño.

Un lapso de tiempo de las imágenes muestra el vórtice «temblando» como gelatina y expandiéndose y contrayéndose con el tiempo.

Los investigadores describieron la observación en un análisis publicado en La revista de ciencia planetaria y presentado el miércoles en la 56ª Reunión Anual de la División de Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Boise, Idaho.

“Aunque sabíamos que su movimiento varía ligeramente en longitud, no esperábamos ver oscilar también su tamaño. Hasta donde sabemos, esto no se ha identificado antes”, dijo en un comunicado la autora principal del estudio, Amy Simon, científica planetaria del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

«Esta es realmente la primera vez que tenemos la cadencia de imágenes adecuada del GRS», dijo Simon. “Con la alta resolución del Hubble, podemos decir que el GRS definitivamente entra y sale al mismo tiempo que se mueve cada vez más lento. Fue muy inesperado.

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Los astrónomos han estado observando la icónica característica carmesí durante al menos 150 años y, a veces, las observaciones resultan en sorpresas, incluida la última revelación de que la forma ovalada de la tormenta puede cambiar de tamaño y, a veces, parecer más delgada o más gorda.

Recientemente, un equipo independiente de astrónomos examinó el corazón de la Gran Mancha Roja utilizando el Telescopio Espacial James Webb para capturar nuevos detalles en luz infrarroja. Las observaciones del Hubble se realizaron en luz visible y ultravioleta.

El estudio, publicado el 27 de septiembre en la Revista de investigación geofísica: planetasreveló que la Gran Mancha Roja está fría en el centro, lo que hace que el amoníaco y el agua dentro del vórtice se condensen y creen nubes espesas. El equipo de investigación también detectó gas fosfina en la tormenta, que podría desempeñar «un papel en la generación de estos misteriosos» colores rojos que hacen que la Gran Mancha Roja sea tan emblemática, dijo Leigh Fletcher, coautora del estudio y profesora de ciencias planetarias. en la Universidad de Londres en el Reino Unido. Leicester, en un comunicado de prensa.

Los científicos de la NASA utilizan el ojo agudo del Hubble para rastrear el comportamiento de la tormenta una vez al año como parte del programa Outer Planet Atmospheres Legacy, u OPAL, dirigido por Simon. Los científicos utilizan este programa para observar los planetas exteriores de nuestro sistema solar y observar cómo cambian con el tiempo.

Pero las nuevas observaciones se tomaron por separado como parte de un programa dedicado a estudiar la Gran Mancha Roja con más detalle, observando la evolución de la tormenta durante unos meses, en lugar de una sola instantánea anual.

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«Para el ojo inexperto, las nubes rayadas de Júpiter y su famosa tormenta roja pueden parecer estáticas, estables y durar muchos años», dijo Fletcher. “Pero una inspección más cercana revela una variabilidad increíble, con patrones climáticos caóticos tan complejos como cualquier cosa que tengamos aquí en la Tierra. Los científicos planetarios han estado luchando durante años para detectar patrones en esta variación, cualquier cosa que pueda darnos una idea de la física detrás de este complejo sistema.

Fletcher no participó en el nuevo estudio.

La información obtenida de las observaciones del programa de las tormentas más grandes de nuestro sistema solar puede ayudar a los científicos a comprender cómo puede ser el clima en los exoplanetas que orbitan otras estrellas. Este conocimiento puede ampliar su comprensión de los procesos climáticos más allá de los que conocemos en la Tierra.

El equipo de Simon utilizó imágenes de alta resolución del Hubble para examinar en detalle los cambios de tamaño, forma y color de la Gran Mancha Roja.

«Cuando miramos más de cerca, vemos que muchas cosas cambian día a día», dijo Simon.

Los cambios incluyeron un brillo del núcleo de la tormenta a medida que la Gran Mancha Roja alcanza su mayor tamaño a medida que oscila.

«A medida que acelera y desacelera, el GRS empuja contra las ventosas corrientes en chorro al norte y al sur», dijo el coautor del estudio Mike Wong, científico planetario de la Universidad de California en Berkeley, en un comunicado de prensa. «Es como un sándwich en el que las rebanadas de pan se ven obligadas a expandirse cuando hay demasiado relleno en el medio».

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En Neptuno, las manchas oscuras pueden desplazarse por el planeta ya que no hay fuertes corrientes en chorro que las mantengan en su lugar, dijo Wong, mientras que la Gran Mancha Roja está atrapada entre corrientes en chorro en una latitud sur en Júpiter.

Los astrónomos han notado una reducción de la Gran Mancha Roja desde que comenzó el programa OPAL hace una década y predicen que continuará reduciéndose hasta que alcance una forma estable y menos alargada, lo que podría reducir el tamaño de la oscilación de la Gran Mancha Roja.

«En este momento, está demasiado lleno su banda de latitud relativa al campo de viento. Una vez que se estreche dentro de esa banda, los vientos realmente lo mantendrán en su lugar”, dijo Simon.

El seguimiento de los cambios en la tormenta puede ayudar a los científicos a comprender mejor los procesos que tienen lugar en la atmósfera de Júpiter.

El nuevo estudio del Hubble completa aún más las piezas del rompecabezas de la Gran Mancha Roja, dijo Fletcher. Si bien los científicos saben que la deriva de la tormenta hacia el oeste tiene una oscilación inexplicable durante 90 días, el patrón de aceleración y desaceleración no parece cambiar incluso cuando la tormenta amaina, dijo.

«Al observar el GRS durante unos meses, el Hubble demostró que el propio anticiclón cambia de forma junto con esta oscilación», dijo Fletcher. “El cambio de forma es importante porque puede afectar la forma en que el borde del vórtice interactúa con otras tormentas que pasan. Además de las magníficas imágenes del Hubble, este estudio muestra el poder de observar sistemas atmosféricos durante largos períodos de tiempo. Se necesita este tipo de seguimiento para detectar estas tendencias, y está claro que cuanto más se mira, más estructura se ve en esta época caótica.

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Los científicos descubren un misterioso 'sexto sentido' escondido en los geckos: ScienceAlert

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Los científicos descubren un misterioso 'sexto sentido' escondido en los geckos: ScienceAlert

Los animales han desarrollado una variedad de sentidos extraordinarios, dignos de los superhéroes. Los científicos ahora han descubierto que los geckos tienen un «sexto sentido» oculto que les permite captar vibraciones profundas y débiles.

Como otros lagartos, los gecos tokay (gecko gecko) tienen una audición especializada para sonidos de frecuencias más altas: son el mas sensible entre 1.600 y 2.000 Hertz, pero puede oír por encima de 5.000 Hertz.

Sin embargo, es sólo cuestión de usar sus viejos oídos normales. Dos investigadores de la Universidad de Maryland en EE.UU. han descubierto que los geckos tokay también pueden utilizar una estructura diferente, normalmente no asociada a la audición, para detectar vibraciones a frecuencias mucho más bajas, entre 50 y 200 Hercios.

El sáculo es una parte del oído interno que desempeña un papel clave en el equilibrio y en el seguimiento de la posición de la cabeza y el cuerpo. Esta estructura se conserva en peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos, pero sólo los dos primeros la utilizaban para oír. Ahora parece que al menos algunos reptiles también pueden hacerlo.

“El oído, tal como lo conocemos, escucha sonidos en el aire” explica catherine carrbiólogo y coautor del nuevo estudio. “Pero este antiguo camino interno, generalmente relacionado con el equilibrio, ayuda a los geckos a detectar vibraciones que pasan a través de medios como el suelo o el agua.

Esta vía existe en anfibios y peces, y ahora hay evidencia de que también se conserva en lagartos. Nuestros hallazgos arrojan luz sobre cómo evolucionó el sistema auditivo desde lo que se ve en los peces hasta lo que se ve en los animales terrestres, incluidos los humanos. »

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Carr y el primer autor, el biólogo Dawei Han, estudiado de cerca los cerebros de los geckos tokay y descubrieron que el sáculo está directamente conectado a un grupo de neuronas, llamadas vestibularis ovalis (VeO), en el rombencéfalo.

Estas neuronas VeO no reciben información de otras estructuras del oído interno. Luego, la información se transmite al mesencéfalo auditivo, donde el animal percibiría las vibraciones simultáneamente con el sonido.

Para confirmar el papel del sáculo en la audición, los investigadores utilizaron electrodos de tungsteno para controlar la respuesta de las unidades VeO a las vibraciones a través de una plataforma. Aumentaron lentamente las vibraciones de 10 a 1000 Hertz y descubrieron que las neuronas eran más sensibles a frecuencias entre 50 y 200 Hertz, alcanzando un máximo alrededor de 100 Hertz.

Finalmente, probaron si las unidades VeO simplemente “escuchaban” los sonidos profundos y retumbantes producidos por el dispositivo de vibración a través de los canales auditivos típicos. El equipo entregó estímulos sonoros a los oídos de los animales, en las mismas frecuencias pero a un volumen más alto y, efectivamente, no detectaron respuesta de las unidades VeO.

Ilustración de la configuración experimental y los resultados. (Han y Carr, Informes celulares2024)

Esto convierte al gecko tokay en el primer amniota (el clado que comprende todos los reptiles, aves y mamíferos) que se sabe que utiliza el sáculo para este propósito.

Dicho esto, todavía tienen que encontrar una razón conductual obvia por la cual estos lagartos tienen receptores de vibración específicos en sus cabezas. Los geckos Tokay son criaturas notoriamente ruidosas y sus fuertes llamadas están dentro del rango de frecuencia de su audición habitual. Pero Han y Carr plantean la hipótesis de que podrían utilizarlo para detectar los débiles ruidos del viento, la lluvia y los depredadores.

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Y puede que no sea el único: un estudio rápido reveló estructuras que se parecen al VeO en algunas otras especies de lagartos y serpientes, lo que sugiere que este superpoder podría ser relativamente común entre los reptiles. Según el equipo, se necesitarán más estudios para confirmar esto.

Pero no hay amor por nosotros, los mamíferos. Nuestras conexiones sáculo/rombencéfalo son mucho más débiles y se cree que desempeñan un papel principalmente en la supresión de sonidos autogenerados y el seguimiento de la posición de nuestra cabeza. Pero a los reptiles, este sexto sentido les podría ayudar de varias maneras.

«Se pensaba que muchas serpientes y lagartos eran 'mudos' o 'sordos' en el sentido de que no emitían sonidos o no podían oírlos bien». Dijo Han..

«Pero resulta que potencialmente podrían comunicarse a través de señales vibratorias utilizando esta vía sensorial, lo que realmente cambia la forma en que los científicos piensan sobre la percepción animal en general».

La investigación fue publicada en la revista. Informes celulares.

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