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Por primera vez, los astrónomos han observado cómo ciertos agujeros negros supermasivos lanzan chorros de partículas de alta energía al espacio, y el proceso es impactante.
Ondas de choque que se propagan a lo largo del chorro de uno de esos blazar contorsionan los campos magnéticos que aceleran las partículas que escapan a casi la velocidad de la luz, los astrónomos informan el 23 de noviembre en Naturaleza. El estudio de una aceleración tan extrema puede ayudar a investigar cuestiones fundamentales de la física que no se pueden estudiar de otra manera.
Los blazars son agujeros negros activos que disparan chorros de partículas de alta energía hacia la Tierra, haciéndolos aparecer como puntos brillantes a millones o incluso miles de millones de años luz de distancia (Número de serie: 14/7/15). Los astrónomos sabían que las velocidades extremas de los chorros y los haces en columnas apretadas tenían algo que ver con la forma de los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, pero los detalles eran borrosos.
Ingrese al Imaging X-Ray Polarimetry Explorer, o IXPE, un telescopio en órbita lanzado en diciembre de 2021. Su misión es medir la polarización de rayos X, o cómo se orienta la luz de rayos X a medida que viaja por el espacio. Mientras que las observaciones anteriores de blazar de ondas de radio polarizadas y luz óptica probaron partes de chorros días o años después de haber sido acelerados, los rayos X polarizados pueden ver el núcleo activo de un blazar (Número de serie: 24/03/21).
“En rayos X, realmente estás mirando el corazón de la aceleración de partículas”, dice el astrofísico Yannis Liodakis de la Universidad de Turku en Finlandia. “Realmente estás mirando la región donde sucede todo”.
En marzo de 2022, IPXE observó un blazar especialmente brillante llamado Markarian 501, ubicado a unos 450 millones de años luz de la Tierra.
Liodakis y sus colegas tenían dos ideas principales sobre cómo los campos magnéticos podrían acelerar el chorro de Markarian 501. Las partículas podrían ser impulsadas por la reconexión magnética, donde las líneas del campo magnético se rompen, se reforman y se conectan con otras líneas cercanas. El mismo proceso acelera el plasma en el sol (Número de serie: 14/11/19). Si ese fuera el motor de aceleración de partículas, la polarización de la luz debería ser la misma a lo largo del chorro en todas las longitudes de onda, desde las ondas de radio hasta los rayos X.
Otra opción es una onda de choque que dispara partículas por el chorro. En el sitio del choque, los campos magnéticos cambian repentinamente de turbulentos a ordenados. Ese interruptor podría enviar partículas a toda velocidad, como el agua a través de la boquilla de una manguera. A medida que las partículas abandonan el sitio de choque, la turbulencia debería volver a tomar el control. Si un choque fuera responsable de la aceleración, los rayos X de longitud de onda corta deberían estar más polarizados que la luz óptica y de radio de longitud de onda más larga, según lo medido por otros telescopios.
Eso es exactamente lo que vieron los investigadores, dice Liodakis. “Obtuvimos un resultado claro”, dice, que favorece la explicación de la onda de choque.
Todavía queda trabajo por hacer para descubrir los detalles de cómo fluyen las partículas, dice el astrofísico James Webb de la Universidad Internacional de Florida en Miami. Por un lado, no está claro qué produciría la conmoción. Pero “este es un paso en la dirección correcta”, dice. “Es como abrir una nueva ventana y mirar el objeto de nuevo, y ahora vemos cosas que no habíamos visto antes. Es muy emocionante.»