Observan un acelerador de partículas natural de miles de años luz de largo

By 21/06/2020 Portal

Hace ya 70 años que los astrónomos descubrieron unos extraños objetos que están entre los más luminosos del universo. Son los llamados objetos cuasi-estelares o cuásares, unas fuentes de casi el tamaño de estrellas pero que emiten tanta energía como galaxias enteras. Con el tiempo se descubrió que los cuásares son núcleos activos, es decir, agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias, que se caracterizan por estar engullendo estrellas y gas y emitiendo enormes cantidades de radiación. Tanta que los cuásares son auténticos faros luminosos visibles en el universo lejano, y por tanto, primitivo.

Durante décadas, el conocimiento sobre los cuásares ha avanzado mucho sobre todo gracias a la astronomía de rayos X, ondas de radio o rayos gamma, permitiendo saber más sobre la evolución del universo en que vivimos. Pero esta misma semana, un estudio publicado en «Nature» ha descubierto algo sorprendente en relación con los cuásares. Después de analizar los rayos gamma provenientes de Centauro A, un cuásar y la radiogalaxia más cercana, los científicos han mostrado que estos cuásares son auténticos aceleradores de partículas que pueden alcanzar varios miles de años luz de largo.

Imagen compuesta de Centauro A, con los chorros y la radiación gamma emitida

ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray), H.E.S.S. collaboration (Gamma)
Los científicos pensaban que los rayos gamma emitidos por los cuásares se generan en la vecindad de los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias. La idea es que los procesos de acreción, por los que los agujeros engullen materia acelerada a velocidades relativistas, generan esta energética forma de radiación en su vecindad. Esto explicaría por qué la intensidad de esta radiación captada desde la Tierra puede cambiar en cuestión de minutos, lo que encaja con que su origen esté en una fuente más bien pequeña.

Rayos gamma de fuera de la galaxia
Para comprobarlo, un equipo de más de 200 científicos acudió al observatorio de rayos gamma más preciso del planeta: se trata del HESS (de «High Energy Stereoscopic System»), un observatorio situado en las Tierras Altas de Khomas, en Namibia. Es un conjunto de cinco telescopios, con aspecto de parabólicas cubiertas de espejos, especializados en captar la radiación Cherenkov. Esta permite detectar la cascada de reacciones que producen los rayos gamma al chocar con las partes altas de la atmósfera de la Tierra, dando importante información sobre la naturaleza y posición de la fuente, incluso mucho más allá de la Vía Láctea.

Observatorio HESS, en Namibia

Wikipedia
Para tratar de descifrar cómo es el origen de los rayos gamma en estos cuásares, los investigadores se fijaron en una de las fuentes más cercanas posibles. Por eso observaron Centauro A, una de las radiogalaxias más cercanas a la Tierra (una radiogalaxia es aquella muy luminosa en la longitud de onda de las ondas de radio), situada a 14 millones de años luz (en comparación la Vía Láctea mide unos 200.000 años luz de largo).

Gracias a HESS, y al trabajo de análisis y procesamiento de un equipo de más de 200 investigadores, pudieron observar esta radiogalaxia con una resolución no alcanzada hasta ahora, durante un total de 200 horas. Gracias a esto, se pudo identificar la zona emisora de los rayos gamma y la trayectoria de los dos chorros de plasma que nacen de los cuásares, y que son auténticos «cañonazos» de materia y radiación expulsados desde las cercanías de los agujeros negros supermasivos.

De esta forma, las observaciones han mostrado que la emisión de estos rayos no ocurre en el núcleo de los cuásares, sino que se produce alrededor de estos chorros: de hecho, esto implica que los chorros reaceleran las partículas lanzadas por los agujeros negros y que, por tanto, son auténticos aceleradores de partículas que pueden medir varios miles de años luz de largo.

¿Qué importancia tiene esto? Implica que los chorros podrían ser el origen del fondo de rayos gamma que se observa más allá de la Vía Láctea, y lleva a replantearse el papel de las radiogalaxias en la distribución de energía en el medio intergaláctico.

La próxima generación de telescopios Cherenkov, encabezada por la red CTA («Cherenkov Telescope Array»), permitirá observar estos fenómenos con mayor detalle.