Los Cambios Rápidos Detectados En Un Agujero Negro Pueden Explicar El Origen De La Radiación Más Energética Del Universo

Concepto de animación de agujero negro

Los científicos de la Universidad de Valencia detectan cambios rápidos en un calabozo que puede ayudar a comprender el origen de las explosiones de rayos gamma.

Un equipo del Observatorio Astronómico de la Universidad de Valencia ha logrado observar el agujero negro de la galaxia activa PKS1830-211 justo durante el evento de energía de rayos gamma más violento jamás registrado en esa fuente. Los científicos han descubierto cambios muy rápidos en la estructura de su campo magnético que confirman las predicciones de los principales modelos de producción de rayos gamma en los agujeros negros. El fenómeno, observado a través del ALMA telescopio, aporta nuevos datos al estudio sobre el origen de la radiación más energética del Universo.

Algunos de los agujeros negros más masivos y distantes del Universo emiten una enorme cantidad de radiación extraordinariamente energética, llamados ‘rayos gamma’. Este tipo de radiación ocurre, por ejemplo, cuando la masa se convierte en energía durante las reacciones de fisión que hacen funcionar los reactores nucleares en la Tierra. Pero en el caso de los agujeros negros, la radiación gamma es incluso más energética que la que se obtiene en los reactores nucleares y se produce mediante procesos muy diferentes; allí, los rayos gamma son creados por colisiones entre rayos de luz y partículas altamente energéticas, nacidas en las proximidades de los agujeros negros por medio de mecanismos aún poco conocidos.

Como resultado de estas colisiones entre la luz y la materia, las partículas energéticas ceden casi todo su impulso a los rayos de luz y los convierten en la radiación gamma que acaba llegando a la Tierra.

La comunidad científica astronómica sospecha que estas colisiones ocurren en regiones permeadas por poderosos campos magnéticos sujetos a procesos altamente variables, como turbulencias y reconexiones magnéticas – campos magnéticos que se fusionan liberando una asombrosa cantidad de energía – que podrían estar ocurriendo en los chorros de materia. Expulsado por agujeros negros. Pero sondear estos campos magnéticos tan lejos de la Tierra – algunos de estos agujeros negros están a miles de millones de años luz de distancia – requiere una instrumentación muy sensible y encontrar el momento exacto en el que se produce la emisión de alta energía.

Esto es precisamente lo que ha conseguido el equipo de investigación liderado por Iván Martí-Vidal, investigador de CIDEGENT de la Generalitat Valenciana en el Observatorio Astronómico y Departamento de Astronomía de la Universitat de València, y autor principal de este trabajo. Este equipo ha utilizado ALMA (Atacama Large Millimeter Array), el telescopio más sensible del mundo en longitudes de onda milimétricas, para obtener información precisa sobre los campos magnéticos de un agujero negro distante, en un momento en que las partículas energéticas producían una enorme cantidad de gamma. radiación.

En un artículo publicado recientemente en la revista  Astronomy & Astrophysics , los científicos informan sobre observaciones del agujero negro llamado PKS1830-211, ubicado a más de diez mil millones de años luz de la Tierra. Estas observaciones demuestran que los campos magnéticos en la región donde se producen las partículas más energéticas del chorro del agujero negro estaban cambiando su estructura notablemente en un intervalo de tiempo de solo unos minutos. “Esto implica que los procesos magnéticos se originan en regiones muy pequeñas y turbulentas, tal y como predicen los principales modelos de producción de rayos gamma en los agujeros negros, que relacionan la turbulencia con la radiación gamma”, explica Iván Martí-Vidal. “Por otro lado, los cambios que hemos detectado se produjeron durante un episodio de rayos gamma muy potente, lo que nos permite relacionarlos de forma robusta con la emisión de alta energía. Todo esto nos acerca un poco más a comprender el origen de la radiación más energética del Universo ”, añade.

Polarización del agujero negro

Animación que muestra el cambio en la polarización de una de las imágenes del agujero negro (parte superior) con respecto a la otra imagen del mismo objeto (parte inferior), que se retrasa unos 27 días con respecto a la primera. La imagen con retardo de tiempo corresponde al agujero negro antes de que ocurriera la explosión de alta energía. Crédito: Universidad de Valencia

Interferometría y nuevos algoritmos

Para analizar estos datos, el equipo de Martí-Vidal ha utilizado una técnica de análisis avanzada que les permite obtener información de fuentes rápidamente cambiantes a partir de observaciones interferométricas, como las obtenidas con ALMA. “La interferometría nos da el poder de observar el Universo con un nivel de detalle incomparable; de hecho, es la técnica en la que también se basa el Event Horizon Telescope (EHT), que recientemente obtuvo la primera imagen de un agujero negro ”, dice Martí-Vidal. “Una parte de nuestro proyecto CIDEGENT está, de hecho, dedicada a desarrollar algoritmos como el que hemos utilizado en estas observaciones de ALMA, pero aplicable a datos mucho más complejos como los del EHT, que nos permitirían reconstruir, en un futuro próximo, ‘películas’ de agujeros negros, en lugar de meras imágenes ”, afirma el astrónomo de la Universidad de Valencia.

Alejandro Mus, investigador predoctoral CIDEGENT del Departamento de Astronomía de la UV y coautor del artículo, desarrolla su tesis doctoral en este campo. “Dentro del proyecto EHT, hay muchos expertos de diversas instituciones que trabajan contrarreloj para resolver el problema de la variabilidad rápida de la fuente”, dice Mus. “Por el momento, el algoritmo que hemos desarrollado trabaja con los datos de ALMA y ya nos ha permitido obtener información clave sobre cómo cambian los campos magnéticos asociados a PKS1830-211 a escalas de unas pocas decenas de minutos. Esperamos poder contribuir pronto al EHT con los algoritmos más sofisticados en los que estamos trabajando ”, concluye.

En el estudio, investigadores del Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente, Universidad Tecnológica de Chalmers , El Observatorio Espacial Onsala (Suecia), el Instituto de Investigaciones Astrofísicas de la Universidad de Boston (EE.UU.) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC (Granada) han colaborado con la Universidad de Valencia.

Referencia: “Observaciones de polarización completa de ALMA de PKS 1830-211 durante su destello récord de 2019” por I. Marti-Vidal, S. Muller, A. Mus, A. Marscher, I. Agudo y JL Gomez, 30 de junio de 2020 , Astronomía y Astrofísica .
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202038094

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