Finalmente sabemos cómo los agujeros negros producen la luz más brillante del universo: ScienceAlert

Por algo que no emite luz podemos descubrirloY el agujeros negros Simplemente les encanta sumergirse en el brillo.

De hecho, parte de la luz más brillante del universo proviene de agujeros negros supermasivos. Bueno, en realidad no los agujeros negros en sí mismos; Es la materia que los rodea, ya que dispersan activamente grandes cantidades de materia de su entorno inmediato.

Entre los más brillantes de estos remolinos flotantes de material caliente se encuentran las galaxias conocidas como blazars. No solo brillan con el calor de la capa del vórtice, sino que también canalizan la materia en haces «destellos» que viajan a través del universo, emitiendo radiación electromagnética a energías que son difíciles de comprender.

Los científicos finalmente han descubierto el mecanismo para producir la asombrosa luz de alta energía que nos llega hace miles de millones de años: choques en Agujero negroChorros que aceleran partículas a velocidades asombrosas.

«Este es un misterio de 40 años resuelto», dice el astrónomo Yannis Lioudakis Centro Finlandés de Astronomía con ESO (FINCA). «Finalmente reunimos todas las piezas del rompecabezas, y la imagen que pintaron fue clara».

La mayoría de las galaxias del universo están construidas alrededor de un agujero negro supermasivo. Estos objetos alucinantemente grandes se encuentran en el centro de la galaxia, a veces haciendo muy poco (por ejemplo, arco a*el agujero negro en el corazón de la Vía Láctea) y, a veces, hace demasiado.

Esta actividad consta de material acumulativo. Una enorme nube se acumula en un disco ecuatorial alrededor del agujero negro y gira a su alrededor como agua alrededor del drenaje. Las interacciones de fricción y gravitación en el espacio extremo que rodea al agujero negro hacen que esta materia se caliente y brille intensamente en un rango de longitudes de onda. Esta es una de las fuentes de luz del agujero negro.

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El otro, que se desarrolla en blazars, son chorros gemelos de material disparados desde las regiones polares fuera del agujero negro, perpendiculares al disco. Se cree que estos chorros son material del borde interior del disco y, en lugar de caer hacia el agujero negro, se acelera a lo largo de las líneas del campo magnético exterior hacia los polos, donde se dispara a velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de luz.

Para clasificar una galaxia como plazar, estos chorros deben dirigirse casi directamente al espectador. Esto somos nosotros en la Tierra. Gracias a la intensa aceleración de las partículas, brillan con luz en todo el espectro electromagnético, incluidos los rayos gamma y los rayos X de alta energía.

La forma exacta en que este chorro acelera las partículas a velocidades tan altas ha sido un gran interrogante cosmológico durante décadas. Pero ahora, hay un nuevo y poderoso telescopio de rayos X llamado Polarimetry Explorer (X-ray Imaging Explorer).IXPE), que se lanzó en diciembre de 2021, los científicos tienen la clave para resolver el misterio. Es el primer telescopio espacial en detectar la dirección o polarización de los rayos X.

«Las primeras mediciones de polarización de rayos X de esta clase de fuentes permitieron, por primera vez, una comparación directa con modelos desarrollados a partir de la observación de otras frecuencias de luz, desde radio hasta rayos gamma de muy alta energía». dice la astrónoma Immaculata Donnarumma Agencia Espacial Italiana.

IXPE ha sido convertido a El objeto de alta energía más brillante. En nuestro cielo, un plezar llamado Markarian 501, ubicado a 460 millones de años luz en la constelación de Hércules. Durante seis días en marzo de 2022, el telescopio recopiló datos sobre la luz de rayos X emitida por el avión Blazar.

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Ilustración que muestra a IXPE observando Markarian 501, con la luz perdiendo energía a medida que se alejaba del primer plano del impacto. (Pablo García/NASA/MSFC)

Al mismo tiempo, otros observatorios estaban midiendo luz de otros rangos de longitud de onda, desde radio hasta óptica, que anteriormente habían sido los únicos datos disponibles para Markarian 501.

El equipo pronto notó una extraña diferencia en la luz de rayos X. Su orientación estaba significativamente más sesgada o polarizada que en longitudes de onda de menor energía. La luz óptica estaba más polarizada que las frecuencias de radio.

Sin embargo, la dirección de polarización era la misma para todas las longitudes de onda y estaba alineada con la dirección del plano. El equipo encontró que esto es consistente con los modelos en los que los choques en los aviones producen ondas de choque que proporcionan una aceleración adicional a lo largo del avión. Más cerca del impacto, esta aceleración es máxima y produce rayos X. A lo largo del plano, las partículas pierden energía, lo que da como resultado una luz de menor energía y luego una emisión de radio, con menos polarización.

«Cuando la onda de choque cruza la región, el campo magnético se vuelve más fuerte y la energía de las partículas aumenta». dice el astrónomo Alan Marcher de la Universidad de Boston. «La energía proviene de la energía cinética del material que crea la onda de choque».

No está claro por qué ocurren los choques, pero un posible mecanismo es que el material más rápido en el chorro alcance a los agregados que se mueven más lentamente, creando colisiones. Futuras investigaciones pueden ayudar a confirmar esta hipótesis.

Dado que los blazares se encuentran entre los aceleradores de partículas más poderosos del universo y uno de los mejores laboratorios para comprender la física extrema, esta investigación es una pieza muy importante del rompecabezas.

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Las investigaciones futuras continuarán monitoreando Markarian 501 y referirán IXPE a otros blazars para ver si se pueden detectar polarizaciones similares.

Investigación publicada en astronomía natural.

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