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Los científicos han descubierto hace relativamente poco tiempo que los chorros de los agujeros negros emiten rayos X, y cómo los chorros aceleran las partículas a este estado de alta energía sigue siendo un misterio. Sorprendentes nuevos descubrimientos en astronomía de la naturaleza parecen descartar una teoría principal, abriendo la puerta a volver a imaginar cómo funciona la aceleración de partículas en los chorros, y quizás también en otras partes del universo.
Uno de los principales modelos para la generación de rayos X por chorros predice que las emisiones de rayos X de los chorros se mantendrán estables durante escalas de tiempo prolongadas (millones de años). Sin embargo, un nuevo artículo mostró que las emisiones de rayos X de un número estadísticamente significativo de chorros variaron en unos pocos años.
“Una de las razones por las que estamos entusiasmados con la variabilidad es que hay dos patrones principales para producir rayos X en estos chorros, y son completamente diferentes”, explica la autora principal Eileen Meyer, astrónoma de la Universidad de Maryland. Condado de Baltimore. “Un modelo se refiere a electrones de muy baja energía y el otro tiene electrones de muy alta energía. Y uno de esos modelos es completamente incompatible con cualquier tipo de volatilidad”.
Para el estudio, los autores analizaron datos de archivo del Observatorio de rayos X Chandra, el observatorio de rayos X de mayor resolución disponible. El equipo de investigación analizó casi todos los chorros de agujeros negros para los que Chandra había realizado múltiples observaciones, lo que representa 155 regiones únicas dentro de 53 chorros.
El descubrimiento de una variabilidad relativamente frecuente en escalas de tiempo tan cortas “es revolucionario para estos chorros porque no se esperaba en absoluto”, dice Meyer.
Repensando la aceleración de partículas
Además de asumir la estabilidad de la emisión de rayos X a lo largo del tiempo, la teoría más simple de cómo los chorros generan rayos X asume que la aceleración de partículas ocurre en el centro de la galaxia en un “motor” de agujero negro que impulsa el chorro. Sin embargo, el nuevo estudio mostró cambios rápidos en la emisión de rayos X a lo largo de toda la longitud de los chorros. Esto sugiere que la aceleración de partículas ocurre a lo largo del chorro, a grandes distancias del origen del chorro en el agujero negro.
“Hay teorías sobre cómo podría funcionar esto, pero mucho de lo que hemos estado trabajando ahora es claramente inconsistente con nuestras observaciones”, dice Meyer.
Curiosamente, los resultados también indicaron que los chorros más cercanos a la Tierra mostraron una mayor variabilidad que los que estaban mucho más lejos. Estos últimos están tan lejos que cuando su luz alcanza el telescopio, es como retroceder en el tiempo. Tiene sentido para Meyer que los jets más antiguos tengan menos volatilidad. Anteriormente en la historia del universo, el universo era más pequeño y la radiación ambiental era mayor, lo que los científicos creen que podría conducir a una mayor estabilidad de rayos X en los chorros.
Colaboración crítica
A pesar de la excepcional resolución de imágenes de Chandra, el conjunto de datos presentó un desafío significativo. Chandra observó algunas áreas de variabilidad con solo unos pocos fotones de rayos X. Y la variabilidad en la producción de rayos X en un chorro dado era típicamente de decenas de por ciento. Para evitar contar accidentalmente la aleatoriedad como variabilidad real, Meyer colaboró con estadísticos de la Universidad de Toronto y el Imperial College de Londres.
“Obtener este resultado de los datos fue casi un milagro porque las observaciones no fueron diseñadas para detectarlo”, dice Meyer. El análisis del equipo sugiere que entre el 30 y el 100 por ciento de los chorros en el estudio mostraron variabilidad en escalas de tiempo cortas. “Si bien nos gustaría mejores restricciones”, dice, “la volatilidad no es específicamente cero”.
Los nuevos hallazgos arrojan brechas significativas en una de las principales teorías sobre la producción de rayos X en chorros de agujeros negros, y Meyer espera que el artículo estimule el trabajo futuro. “Espero que este sea un llamado real para los teóricos”, dice, “para que analicen fundamentalmente este resultado y propongan modelos de aviones que sean consistentes con lo que encontramos”.
Proporcionado por la Universidad de Maryland Condado de Baltimore