10 mar. 2014

Qué son los Jets o Chorros de materia cósmica

En astronomía hay muchos fenómenos extremos y si se quiere, extraños. Entre ellos están los potentes chorros de materia denominados jets. Son franjas de gases en estado de plasma y a temperaturas extremas que atraviesan el espacio a velocidades muy altas (hasta relativistas) señalando un camino brillante muy extenso, llegando a veces a más de un millón de años luz. Varios trabajos señalan últimamente que los campos magnéticos serían los responsables de la generación de estos chorros de materia interestelar o intergaláctica.
Veamos, entonces, más detalles acerca de qué son los Jets o Chorros de materia cósmica.
Básicamente existen varias fuentes de emisión de jets: agujeros negros supermasivos alojados en núcleos galácticos, discos de acreción de agujeros negros pequeños, estrellas de neutrones en rápida rotación o púlsares, estrellas jóvenes inmersas en nubes de gas interestelar. Se han confirmado en todos los casos campos magnéticos dirigiendo los jets. 

Jet en M87. By NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) 
(HubbleSite: gallery, release.) [Public domain]

El proceso de formación de los chorros es similar independientemente de su origen y comienzan cuando se forma un disco de acreción en torno a un objeto, el cual está sorbiendo ese material del medio. Este medio puede ser una nube de gas, una estrella, o muchas estrellas como en el caso de los núcleos galácticos que alojan agujeros negros supermasivos. Desde el borde interno de este disco la materia se proyecta al espacio a partir de una fuerza perpendicular al plano del disco de acreción.
Al principio esta materia es acelerada violentamente hasta que recorre el espacio y se ve frenada por gases presentes formando muchas veces un frente de choque semiesférico muy característico de muchas de estas emisiones. Este borde último del jet es denominado shock, y está formado por materia acumulada como si fuera agua en una represa curva. 
Las emisiones de los jets brillan en muchas longitudes de onda, pero a medida que se enfrían tras recorrer las grandes distancias comienzan a emitir predominantemente en la parte de radio, microondas e infrarrojo predominantemente. De manera que estos lóbulos que se forman, al ser la materia más lejana y fría del jet emite su pico de radiación en las ondas de radio y suelen llamarse radiolóbulos. 
Estos radiolóbulos generalmente (no siempre) son lo primero que los astrónomos detectan, e infieren luego la presencia del jet, que será confirmado analizándolo desde otras frecuencias. Se supone que los jets son siempre simétricos, emanándose desde los dos extremos opuestos del eje de rotación de la galaxia o estrella, pero no siempre son detectados ambos. Cuando hay un compañero invisible, se supone que se está alejando de la Tierra a velocidades relativistas. 

Jets galácticos 

Como se mencionó más arriba, los jets puede originarse por diversos objetos pero básicamente se pueden dividir en dos tipos, los jets de origen estelar (estrellas recién nacidas, estrellas T Tauri, nebulosas planetarias, estrellas de neutrones y agujeros negros estelares) y de origen galáctico, los cuales tienen como fuente un agujero negro supermasivo alojado en el núcleo de la galaxia. Se supone que la formación del jet galáctico está regida por el violento campo magnético del agujero negro, que restringe la dirección en la que se puede alejar el material del sistema canalizando de alguna manera todo el jets y colimándolo. 
La composición de los jets galácticos todavía está en discusión pero hay cierto consenso de que sus componentes principales son electrones y positrones. Su formación sería en el horizonte de sucesos del agujero negro. 

Jet de M87.  NASA, National Radio Astronomy 
Observatory/National Science Foundation
A pesar de que las apariencias indiquen quizás lo contrario, los jets galácticos se cree que son algunos de los ambientes más enrarecidos en el Universo, con densidades de sólo 10^-29 kilogramos por cada metro cúbico (comparado con los 10^-27 kg/m3 del espacio típico). Estas densidades increíblemente bajas resultan de que el jet efectivamente barre el material interestelar a su paso dejando una especie de vacío. Con el tiempo y la distancia, el material barrido se acumula en la cabeza del jet proporcionando una mayor resistencia. 

Jets estelares 

Los jets de origen estelar producidos por las estrellas T Tauri o por objetos Herbig-Haro (HH; lleva el nombre de George Herbig y Guillermo Haro quienes los descubrieron de forma independiente) son relativamente comunes. Como el material cae sobre la protoestrella a partir del disco de acreción que la rodea, se cree que las interacciones entre los campos magnéticos de la estrella giratoria y dicho disco de acreción eyectan el material por los polos magnéticos estelares. 

Jet en  protoestrella HH30
By NASA, Alan Watson,
Karl Stapelfeldt, John Krist
and Chris Burrows [Public domain]
Sin embargo, este proceso de acreción no es suave, y pueden ocurrir aumentos repentinos o disminuciones en la tasa de acreción de la protoestrella. El efecto de un aumento repentino de la tasa de acreción es la producción de "proyectiles" de material más denso en los chorros. 
Otro aspecto importante de los chorros estelares es su interacción con el medio interestelar. En particular, dado que las estrellas T Tauri se encuentran en formación dentro de las nebulosas, sus chorros interactúan con el gas que queda de su formación y lo barre tras su paso. 
No es sólo las estrellas jóvenes que pueden exhibir los chorros estelares. También se observan en las etapas finales de la evolución de las estrellas similares o un poco más masiva que nuestro Sol, en la fase de nebulosa planetaria. Los jets formados a partir de nebulosas planetarias tienen velocidades similares a los chorros de estrellas recién formadas, pero son generalmente menos colimados (es decir, que son más amplios o anchos en su longitud). Su mecanismo de formación sería a partir de material que se desvía mientras que fluye hacia fuera de la estrella. Esta desviación y posterior colimación se asocia generalmente con un disco ecuatorial de confinamiento que bloquea la salida por la parte ecuatorial de la estrella y la dirige, en cambio en chorros polares. Las fuentes de este tipo de discos varían, pero a menudo se encuentran en sistemas binarios. 
Las fuentes de finales de los jets estelares son objetos compactos (como los agujeros negros estelares y estrellas de neutrones) alojados en sistemas binarios. De manera similar a las estrellas T Tauri, los chorros se forman cuando el material cae sobre el objeto compacto y es expulsado de los polos magnéticos.

Para ver más imágenes se pueden consultar las fuentes.

Por Mariano Miguel Lanzi
Fuentes: 

1 comentario:

tonyon dijo...

protoestrella=cañón electromagnético de plasma