Los astrónomos ya saben cómo los agujeros negros supermasivos nos hacen estallar de energía

A unos 450 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Hércules, se encuentra una galaxia llamada Markarian 501. En la galaxia imágenes de luz visible que tenemos de él, Markarian 501 parece una simple y aburrida bola.

Pero las apariencias pueden ser engañosas, especialmente en el espacio. Markarian 501 es una plataforma de lanzamiento para trozos de factura que viajan cerca de la velocidad de la luz. Desde el corazón de la galaxia brota un intenso chorro de fragmentos de alta energía, así como de radiación, que se precipita justo en dirección a la Tierra. Eso lo convierte en un laboratorio natural ideal para estudiar esos fragmentos que viajan a gran velocidad.para que los científicos puedan reconocer qué los causa.

En un artículo publicado en la revista Nature hoy, los astrónomos han sido capaces de echar un vistazo nunca antes visto en el corazón de entre esos chorros y ver lo que impulsa esos bits en primer lugar. "Esta es la primera vez que tenemos la capacidad de examinar directamente las versiones de la velocidad de los bits", dice Yannis Liodakis , astrónomo de la Universidad de Turku, en Finlandia, y autor principal del artículo.

Markarian 501 es un ejemplo realmente radiante de una clase especial de galaxia llamada blazar. Lo que hace que esta galaxia sea tan intensa es el gran vacío supermasivo en su centro. La región de gravedad densa arroja un gigantesco manantial de fragmentos de alta energía, desarrollando un chorro que viaja realmente cerca de la velocidad de la luz y también se extiende por cientos de numerosos años luz.

Muchas galaxias tienen grandes vacíos supermasivos que arrojan chorros como éste.son lo que los astrónomos llaman núcleos galácticos activos. Sin embargo, los blazares como Markarian 501 se especifican por el hecho de que sus chorros son agudos justo en las instrucciones generales de la Tierra. Los astrónomos pueden hacer uso de los telescopios entrenados en él para mirar hacia arriba, así como obtener una visión clara de un chorro constante de bits que cabalgan con ondas de cada parte de la gama electromagnética, desde las ondas de radio brillantes a la luz visible a los rayos gamma ardiente.

Un blazar puede extender su influencia mucho más allá de su propio rincón del espacio profundo. Por ejemplo, un detector oculto bajo el hielo de la Antártida captó un neutrino -una partícula sobrenatural de baja masa que hace todo lo posible por eludir a los físicos- procedente de un blazar llamado TXS 0506 +56. Era la primera vez que los científicos captaban un neutrino que se posaba en la Tierra desde un punto de origen fuera del sistema solar (además de a 5.000 millones de años luz, por cierto).

Pero, ¿qué es lo que desencadena que un gran vacío supermasivo forme luz y otras ondas electromagnéticas? ¿Qué ocurre dentro de ese chorro? Si estuvieras navegando dentro de él, ¿qué es lo que realmente sentirías y también verías?.

Los científicos también necesitan conocer estas respuestas, y no sólo porque produzcan un divertido experimento de ideas extremas. Los blazares son aceleradores de fragmentos naturales, y son mucho más grandes y mucho más potentes que cualquier acelerador que actualmente podamos pretender construir en la Tierra. Evaluando la dinámica del chorro de un blazar, pueden aprender qué procesos naturales pueden acelerar la materia hasta casi la velocidad de la luz. Además, Markarian 501 es uno de los blazares más deseables para estudiar, dado que está razonablemente cerca de la Tierra, como mínimo en contraste con otros blazares que pueden estar a muchos miles de millones de años luz más lejos todavía.

Así, Liodakis y decenas de colaboradores de todo el mundo se dedicaron a observarlo. Utilizaron el Explorador de Polarización de Rayos X (IXPE), un telescopio en forma de medusa lanzado por la NASA en diciembre de 2021, para observar la longitud de ese chorro. En particular, IXPE examinó si los rayos X lejanos estaban polarizados, y también cómo se orientan sus ondas electromagnéticas en el espacio. Las ondas de una bombilla, por ejemplo, no están polarizadas: se agitan en todos los sentidos. Las ondas de una pantalla LCD, en cambio, están polarizadas y sólo se mueven en una dirección, por lo que se puede tirar de los métodos como hacer que tu pantalla sea invisible para todos los demás.

Volviendo a los cielos, si los astrónomos conocen la polarización de un recurso como un gran vacío, podrían ser capaces de reconstruir lo que ocurrió en él. Liodakis y sus colaboradores tenían alguna idea de lo que podían esperar, ya que los profesionales de su área habían pasado años modelando e imitando chorros en sus sistemas informáticos. "Esta fue la primera vez que pudimos probar directamente las predicciones de esos modelos", describe.

Descubrieron que los culpables eran ondas de choque: frentes de trozos que se movían rápidamente y que chocaban con fragmentos que se movían más lentamente, acelerándolos como si fueran restos empujados por el agua. Los terribles accidentes produjeron los rayos X que los astrónomos vieron en las lecturas del IXPE.

Es la primera vez que los astrónomos utilizan el enfoque de la polarización de los rayos X para ver los resultados. "Esto es realmente una innovación en nuestra comprensión de estos recursos", dice Liodakis.

En un punto de vista que va de la mano en Naturaleza , Lea Marcotulli , astrofísica de la Universidad de Yale que no fue autora del artículo, calificó el resultado de "sorprendente". "Este salto sustancial hacia adelante nos trae una acción más mejor a reconocer estos aceleradores de partículas extremas", creó.

Por supuesto, todavía hay varias preocupaciones sin respuesta en torno a los chorros. ¿Representan estas ondas de choque todos los fragmentos que se aceleran desde el gran vacío de Markarian 501? ¿Y también otros blazares así como galaxias tienen ondas de choque como ellos?.

Liodakis afirma que su grupo seguirá investigando los rayos X de Markarian 501, al menos hasta 2023. Con una cosa tan deslumbrante, es difícil de evitar.

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