Descubren cómo se produce parte de la luz más brillante del Universo

Utilizando datos del Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes de la NASA (IXPE), un equipo internacional de científicos ha publicado recientemente un nuevo estudio en la revista Nature, en el que explican el mecanismo que genera las extremas emisiones energéticas ligadas a los blazares: producen rayos que atraviesan el cosmos, arrojando radiación electromagnética en caudales de energía que son difíciles de comprender.

La luz más brillante

Según una nota de prensa, un blazar es un agujero negro supermasivo rodeado por un disco de gas y polvo, con un chorro brillante de partículas de alta energía apuntando hacia la Tierra, que produce parte de la luz más brillante que puede apreciarse en el cosmos. En las últimas cuatro décadas, los investigadores han intentando comprender cómo se produce la aceleración de partículas que hace posible las intensas emisiones de energía. 

Se sabe que la mayoría de las galaxias del Universo poseen un agujero negro supermasivo en su centro, pero algunos de estos objetos tienen una escasa actividad, como por ejemplo Sagitario A*, el agujero negro supermasivo ubicado en el corazón de la Vía Láctea, mientras que otros son mucho más dinámicos: acumulan material cósmico a su alrededor, que se calienta y brilla intensamente en un rango de longitudes de onda.

Sin embargo, algunos de ellos presentan una intensidad especial: los blazares. En estos casos, el agujero negro supermasivo emite chorros gemelos de material que, en lugar de caer hacia el agujero negro, se acelera y se lanza a velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de la luz. Estos chorros, que apuntan casi directamente hacia la Tierra, producen luz que brilla en todo el espectro electromagnético, incluyendo a los rayos X y a los rayos gamma de alta energía.

Ondas de choque

Para descubrir cómo estos chorros aceleran las partículas a velocidades tan altas, el satélite IXPE, lanzado en diciembre de 2021 como una colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana, ha estudiado a Markarian 501, un blazar en la constelación de Hércules. Este sistema activo de agujeros negros se encuentra en el centro de una gran galaxia elíptica, y le ha dado a los científicos la clave para resolver el misterio. 

IXPE es el primer telescopio espacial que revela la orientación o polarización de los rayos X, por eso ha sido la herramienta indicada para la investigación de las emisiones extremas ligadas a los blazares. Los astrónomos concluyeron que la mejor explicación para la aceleración de partículas que produce las emisiones es la incidencia de ondas de choque, que se generan dentro de los chorros que salen del agujero negro. 

Las ondas de choque se producen únicamente cuando en un evento astronómico extremo las estructuras se movilizan a velocidades que superan la velocidad del sonido: en el momento en que las partículas golpean las ondas de choque, emiten rayos X a medida que aceleran. Al alejarse, producen luz de menor energía: primero visible, luego infrarroja y, por último, ondas de radio. Aún más lejos, se generan más turbulencias en la corriente de partículas a partir de fenómenos magnéticos. 

Todo este complejo mecanismo es el que produce finalmente las emisiones energéticas de los blazares, consideradas como una de las más brillantes del Universo conocido. Hacia el futuro, los científicos piensan seguir utilizando los datos aportados por IXPE para resolver más misterios relacionados con los blazares y los gigantescos agujeros negros supermasivos que dominan el centro de las galaxias. 

Referencia

Polarized blazar X-rays imply particle acceleration in shocks. Ioannis Liodakis et al. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05338-0