El telescopio IXPE, de la NASA, ha ayudado a responder a un misterio sobre los blazares. Concretamente, ¿qué provoca que los chorros de material, en estos objetos, alcancen energías tan elevadas? Es algo que se detalla en un nuevo estudio, gracias a una colaboración internacional de astrónomos…
IXPE y el misterio de los chorros de los blazares
Algunos de los objetos más brillantes del firmamento son los blazares. En realidad, se trata de agujeros negros supermasivos que están absorbiendo una buena cantidad de material. Está en un disco a su alrededor (al que se denomina disco de acreción). Esto puede provocar que se emitan dos potentes chorros de material, perpendiculares al disco. Un blazar es muy brillante porque uno de los chorros, compuesto por partículas aceleradas a velocidades muy altas, apunta directamente hacia la Tierra. Pero ¿qué provoca esa aceleración de las partículas?
Aquí es donde el telescopio IXPE, de la NASA, entra en escena. Ha ayudado a los astrónomos a estar más cerca de tener una respuesta. Es algo que explican en un nuevo estudio, en el que mencionan que la mejor explicación, para esa aceleración, es una onda de choque en el interior del chorro. Si están en lo correcto, como comentan los autores, habrían logrado resolver un misterio que lleva en pie unos 40 años. Con la información proporcionada por IXPE, han logrado recopilar todos los datos que faltaban para entender qué sucede en estos objetos.
El telescopio IXPE se lanzó el 9 de diciembre de 2021. Se trata de una colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana. Proporciona un tipo de datos que, hasta ese momento, no estaba disponible desde el espacio. Entre esos nuevos datos está la medición de la polarización de la luz en rayos X. Es decir, IXPE puede detectar la dirección media, y la intensidad del campo eléctrico, de las ondas de luz que componen los rayos X. La información sobre la orientación del campo eléctrico, y el alcance de la polarización, en rayos X, no es posible conseguirla con telescopios terrestres.
El estudio de Markarian 501
Se debe, simplemente, a que la atmósfera del planeta absorbe los rayos X. Así que, por primera vez, se pudo realizar mediciones de polarización de rayos X en blazares. Permitió realizar comparaciones directas con los modelos desarrollados a partir de la observación de otras frecuencia del espectro electromagnético, desde el espectro de radio al de los rayos gamma. Según cuentan los autores del estudio, IXPE seguirá dando nuevas evidencias a medida que se siguen analizando los datos ya recogidos, así como los que quedan por recogerse.
En este estudio, IXPE se fijó en Markarian 501. Se trata de un blazar en la dirección de la constelación de Hércules. Este agujero negro supermasivo activo está en el centro de una gran galaxia elíptica. El telescopio observó Markarian 501 durante tres días, a principios de marzo de 2022, y de nuevo dos semanas después. En esas observaciones, los astrónomos utilizaron otros telescopios en el espacio, y en tierra, para recopilar información sobre el blazar en un amplio conjunto de longitudes de onda, incluyendo radio, visible y rayos X.
Aunque otros estudios ya habían observado la polarización, en luz de menor intensidad, en blazares, esta es la primera vez que se hacía en el espectro de rayos X. Algo importante porque se emiten desde más cerca de la fuente de aceleración de esas partículas. La polarización de rayos X, junto a los datos de polarización del resto del espectro electromagnético es una herramienta muy útil. Así, los investigadores han observado que la luz en rayos X está más polarizada que en el espectro visible. Esta, a su vez, está más polarizada que la luz en espectro de radio.
El misterio de los blazares y la polarización
Sin embargo, la dirección de la luz polarizada es la misma en todas las longitudes de onda observadas y, además, también está alineada con la dirección del chorro. Tras comparar su información con los modelos teóricos, los astrónomos se dieron cuenta de que los datos encajaban muy bien con un escenario. El de una onda de choque que acelera las partículas. Esa onda se genera cuando algo se mueve más rápido que la velocidad del sonido en el material a su alrededor. Exactamente como cuando un avión supersónico se mueve por la atmósfera de la Tierra.
El estudio no fue concebido para investigar el origen de las ondas de choque, que sigue siendo un enigma. Los autores sugieren que una perturbación, en el flujo del chorro, provoca que parte de él se vuelva supersónico. Algo que podría deberse a las colisiones de partículas de alta energía, en el interior del chorro, o por un cambio de presión brusco en los bordes. A medida que la onda de choque cruza la región, el campo magnético se fortalece y la energía de las partículas aumenta. Esa energía procede de la energía de movimiento del material que forma la onda de choque.
Al alejarse de la fuente, las partículas emiten rayos X porque contienen mucha energía. Al alejarse más, y atravesar la región turbulenta, lejos de la onda de choque, comienzan a perder energía. Esto provoca que emitan luz menos energética, como el espectro visible o de radio. Es similar a cómo el flujo del agua se vuelve más turbulento tras encontrarse una cascada, pero aquí es el campo magnético el que crea esa turbulencia. Los investigadores seguirán estudiando el blazar Markarian 501 para ver cómo cambia. IXPE estudiará otros blazares durante sus dos primeros años en funcionamiento.
Estudio
El estudio es I. Liodakis, A. Marscher, I. Agudo et al.; «Polarized blazar X-rays imply particle acceleration in shocks». Publicado en la revista Nature el 23 de noviembre de 2022. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: NASA
