Una misión de la NASA observó un agujero negro supermasivo que apuntaba su chorro altamente energético directamente a la Tierra. Sin embargo, no entres en pánico todavía. A pesar de lo aterrador que es este evento cósmico, se encuentra a una distancia muy segura de unos 400 millones de años luz.
Los agujeros negros supermasivos que se alimentan activamente, incluido el que nos ocupa, están rodeados por discos giratorios de materia llamados discos de acreción que los alimentan gradualmente con el tiempo. Parte del material que no tragan se canaliza hacia sus polos, donde posteriormente se expulsa a una velocidad cercana a la luz o relativista. Esto crea una radiación electromagnética altamente energética y extremadamente brillante. En algunos casos, como con la última musa de la NASA, ese chorro apunta directamente a la Tierra. Estos eventos se conocen como blazars.
Este blazar, denominado Markarian 421 y ubicado en la constelación de la Osa Mayor, se observó con el Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes (IXPE) de la NASA, que se lanzó en diciembre de 2021. IXPE observa una propiedad de los campos magnéticos llamada polarización, que se refiere a la orientación de los campos. La polarización del chorro expulsado por Markarian 421 reveló una sorpresa para los astrónomos, al mostrar que la parte del chorro donde se aceleran las partículas también alberga un campo magnético con estructura helicoidal.
Los chorros Blazar pueden extenderse millones de años luz en el espacio, pero los mecanismos que los lanzan aún no se comprenden bien. Sin embargo, estos nuevos descubrimientos que rodean al jet Markarian 421 pueden arrojar algo de luz sobre este fenómeno cósmico extremo.
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«Markarian 421 es un viejo amigo de los astrónomos de alta energía», dijo Laura Di Gesu, investigadora principal de descubrimiento y astrofísica de la Agencia Espacial Italiana. dijo en un comunicado. “Teníamos confianza en que el blazar sería un objetivo valioso para IXPE, pero sus hallazgos superaron nuestras mejores expectativas, demostrando con éxito cómo la polarimetría de rayos X enriquece nuestra capacidad para investigar la geometría compleja del campo magnético y la aceleración de partículas en diferentes regiones de chorros relativistas”.
IXPE se sumerge más profundamente en la estructura retorcida de los jets blazar
La razón principal por la que los chorros que alimentan los agujeros negros supermasivos son tan brillantes es que las partículas que se acercan a la velocidad de la luz emiten enormes cantidades de energía y se comportan de acuerdo con la física de la teoría especial de la relatividad de Einstein.
Los chorros de Blazar también obtienen un impulso adicional en tal brillo porque su orientación hacia nosotros hace que las longitudes de onda de la luz asociadas con sus chorros se «acumulen», aumentando tanto sus frecuencias como sus energías. Esto es similar a la forma en que las ondas de sonido de la sirena de una ambulancia que se aproxima se ‘acumulan’ para causar un aumento en la frecuencia y hacerla más estridente.
Como resultado de estos dos efectos, los blazares a menudo pueden eclipsar la luz combinada de cada estrella en sus galaxias anfitrionas. Y ahora, IXPE ha utilizado esa luz para pintar una imagen de la física que ocurre en el corazón del chorro de Markarian 421 e incluso identificar el punto de origen del haz de luz.
Los modelos anteriores de chorros blazar han insinuado que están acompañados por campos magnéticos helicoidales, casi como el ADN en las células vivas, excepto que son monocatenarios en lugar de bicatenarios. Sin embargo, lo que no se esperaba era el hecho de que la hélice magnética albergaría áreas donde se aceleran las partículas.
«Predijimos que la dirección de la polarización podría cambiar, pero pensamos que las grandes rotaciones serían raras, según las observaciones ópticas previas de muchos blazares», dijo el coautor de la investigación y físico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Herman Marshal. «Entonces, planeamos varias observaciones del blazar, y la primera mostró una polarización constante del 15%».
Aún más sorprendente, el análisis de los datos del IXPE mostró que la polarización del chorro cayó al 0 % entre la primera y la segunda observación. Esto le mostró al equipo que el campo magnético giraba como un sacacorchos.
«Reconocimos que la polarización era en realidad más o menos la misma, pero su dirección literalmente hizo un giro en U, girando casi 180 grados en dos días», dijo Marshall. «Luego nos volvió a sorprender durante la tercera observación, que comenzó al día siguiente, para observar la dirección de la polarización que continuaba girando a la misma velocidad».
Durante estas maniobras, las mediciones de la radiación electromagnética en forma de luz óptica, infrarroja y de radio no mostraron ningún efecto sobre la estabilidad y la estructura del avión en sí, incluso cuando cambiaron las emisiones de rayos X. Esto involucró una onda de choque que viajaba a lo largo del campo magnético retorcido de Markarian 421.
Una vez se vio un indicio de tal fenómeno en el chorro de otro blazar presenciado por IXPE, Markarian 501, pero los nuevos hallazgos del equipo representan una evidencia más clara de que un campo magnético helicoidal en realidad contribuye a una onda de choque que está acelerando las partículas del chorro a velocidades relativistas.
El equipo detrás del trabajo tiene la intención de continuar estudiando Markarian 421 e identificar otros blazares para encontrar algunos con cualidades similares en un intento de revelar un mecanismo que alimenta las salidas extremas y luminosas características de estos fenómenos.
«Gracias a IXPE, es un momento emocionante para los estudios de jets astrofísicos», concluyó Di Gesu.
La investigación del equipo fue publicada el lunes (17 de julio) en la revista Nature Astronomy.
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