¿UFOs y quasares?

• Título del artículo original: Usando el análisis de componente principal para entender la variabilidad de PDS 456
• Autores: M. L. Parker,  J. N. Reeves, G. A. Matzeu, D. J. K. Buisson and A. C. Fabian
• Institución del primer autor: European Space Astronomy Centre y el Institute of Astronomy, Cambridge
• Estado de la publicación: Subido a arXiv en octubre de 2017.

La típica concepción de UFO que podríamos tener es la de los ‘Unidentified flying object’, los clásicos OVNIs en español. ¡Pero hay UFOs más interesantes! Sigue leyendo y verás cómo los han identificado.

Es ya ampliamente aceptado que en el centro de las galaxias hay un agujero negro super-masivo. Algunas de esas galaxias tienen en su núcleo intensa actividad energética y las hemos llamado Galaxias de núcleo activo o AGN en inglés (Active Galactic Nuclei). Estos AGN son causados por la interacción del agujero negro con el material de la galaxia y están liberando enormes cantidades de energía, causando diferentes efectos en la propia galaxia y en su entorno.

Uno de las consecuencias de este extremo comportamiento es que los AGN expulsan material al medio intergaláctico en procesos llamados ‘outflows’ (o simplemente flujos), que en este contexto podría interpretarse como la secreción o inyección de material en el medio que rodea a la galaxia.

En la Figura 1 se puede ver cómo la eyección del material se hace a través de jets y cómo estos jets están muy colimados – por lo que el ángulo de apertura y el área de influencia del material inyectado se ve reducido en las proximidades de la galaxia.

Figura 1: (a) Imagen de radio-jets del AGN Cygnus A. Crédito: NASA/NRAO.

Figura 1:  (b) Los jets son formados debido a la interacción entre el campo magnético del agujero negro y las partículas alrededor. Los jets generados están colimados, por lo que no tienen una gran área de influencia. Crédito: scienceblogs.com

¡Ahora es cuando aparecen los UFOs! Se piensa que en algunas ocasiones los AGN inyectan gas a altas velocidades (cercanas al 25% de la velocidad de la luz) en el resto de la galaxia y a estos le llamamos UFOs (‘ultra fast outflow’) que se traduciría como ‘inyección ultra rápida’. El material inyectado por el UFO se acopla de manera más efectiva al resto del gas de la galaxia debido a que tiene un ángulo de apertura mayor al de los jets del AGN (ver Figura 1b) y esto puede generar cambios en la dinámica de la galaxia. El problema de los UFOs es que es difícil detectarlos. Sus energías se ubican en el rango de los rayos X, pero están muy cerca de los límites de los detectores disponibles para la observación (7-10 keV). Es por eso que no hay muchas páginas conspirativas que estudian estos UFOs.

Este trabajo presenta un análisis de componentes principales (el que quizás conozcas por PCA debido a su nombre en inglés – Principal Component Analysis ) al espectro variable de un quasar a bajo redshift (z = 0.184, o sea hace cerca de 2.279 mil millones de años atrás). En español, significa que analizaron el espectro en rayos X de una AGN cercana a la Vía Láctea. El análisis de PCA corresponde a llevar un conjunto de datos a un espacio donde se pueda analizar usando los vectores propios de este conjunto de datos. Es decir, se asume que los datos son una combinación lineal de diferentes vectores propios y al hacer esta descomposición se puede cuantificar cuántos vectores son los que realmente caracterizan al set de datos.  Si te interesa cómo funciona este método, mira aquí.

En este caso, descompusieron el espacio de magnitudes de las curvas de luz del quasar y lo que buscaron fue el conjunto de vectores que diga más acerca de la variabilidad (en magnitud) de la galaxia. Para ello primero dividieron el espectro en intervalos de tiempo y le restaron un ajuste del continuo. La diferencia muestra cuánto varía el AGN en el tiempo. ¡Es esta variación la que nos dirá acerca de la interacción entre el material eyectado – sí, ¡el UFO!- y el gas de la galaxia!

Se usaron datos en los archivos de los telescopios XMM Newton y Suzaku. Ambos son telescopios que observan rayos X y han estado activos por desde hace años.

Para el análisis se recurrió a los modelos presentados en la Figura 2, donde se muestran diferentes resultados de la interacción gas-galaxia. Por ejemplo, si el gas eyectado no tiene relación con la variabilidad de la galaxia, el resultado del análisis se vería como la curva verde (sin mayores sobresaltos). Por otra parte, si la eyección de materia en forma de UFO aumenta al mismo tiempo que la variabilidad en magnitud de la galaxia, el modelo describiría una correlación (como en la curva roja).

Figura 2: Análisis de PCA realizado a distintos modelos para mostrar cómo se vería el espectro de una componente si es que el UFO correlaciona, anticorrelaciona o no correlaciona con las variaciones del continuo. El gráfico presenta el valor de la componente modelo en función de la energía en tres diferentes escenarios. Figura 5 en el artículo.

Figura 3: En la izquierda se muestra el espectro de las 3 primeras y más importantes componentes principales – de arriba hacia abajo. Las componentes fueron seleccionadas debido a que el set de datos podía ser representado mayormente como una combinación lineal de estas tres componentes,  Figura 2 en el artículo.

Una vez descompuesto en los vectores propios, la variabilidad mostró tres componentes principales. Cada una estudiada por separado y asociada a diferentes procesos astrofísicos. Estas componentes están en el Figura 3. Los autores explican que la componente más importante (curva azul) muestra que se detectó un UFO que anticorrelaciona con las variaciones del continuo – o sea que mientras aumenta, la otra disminuye – y que causa un máximo en la componente a eso de los 9 keV. El resto de la componente es, dentro de todo, plana. Este pico en el valor de la componente nos dice que este flujo es mucho mayor que el continuo y que está inversamente correlacionado con las variaciones del continuo.

La segunda componente (curva roja de la figura 3) nos muestra un espectro plano pero con una fuerte anticorrelacion entre altas y bajas energías. Los autores la relacionan al ‘pivoteo espectral’, que indica que mientras una parte del espectro aumenta, la otra disminuye.

Hay una tercera componente que es relevante en el espectro (curva verde en la figura 3), que a pesar de mostrar un exceso en los rayos X suaves – energías menores a 5 keV –  y un máximo cerca de los 6 keV, no pudo ser explicada con certeza por los autores.

Todo este análisis se hizo para los datos obtenidos con el satélite XMM Newton. ¡Pero también había datos de Suzaku! Sin embargo, el análisis no mostró ninguna pista acerca de los UFOs en este último conjunto de datos.

Finalmente, ¡los autores pudieron distinguir, sólo usando su análisis de PCA, cuándo el UFO esta correlacionado con los cambios en el continuo! Esto nos da otra herramienta para ahondar en cómo la galaxia reacciona a los eventos que ocurren en su núcleo.

¡Acá hay otro tipo de UFO que vale la pena estudiar!