Llamarada de rayos gamma surgió lejos del agujero negro de una galaxia - principal


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En 2011, una explosión de energía de meses de duración lanzada por un enorme agujero negro a casi 11.000 millones de años luz barrió la Tierra. Usando una combinación de datos del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA y el Very Long Baseline Array (VLBA) de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, el radiotelescopio más grande del mundo, los astrónomos han ubicado el centro del origen de este antiguo estallido

Los teóricos esperaban que los estallidos de rayos gamma se produzcan sólo en las proximidades de un agujero negro central en una galaxia, el centro generador que es, en última instancia, responsable de la actividad. Algunas raras observaciones han indicado que éste no es el caso.

Las llamaradas del 2011 de una galaxia conocida como 4C 71.07 les aportan ahora a los astrónomos la evidencia más clara y más lejana de que la teoría todavía necesita algo de trabajo. La emisión de rayos gamma se originó a unos 70 años luz de distancia del agujero negro central de la galaxia.

La galaxia 4C 71,07 fue descubierta como una fuente de fuerte emisión de radio en la década de 1960. El Compton Gamma-Ray Observatory de la NASA, que operaba en la década de 1990, detectó llamaradas de alta energía, pero la galaxia estaba tranquila durante los primeros dos años y medio del Fermi en órbita.


Antes de sus fuertes estallidos en el 2011, el blazar 4C 71.07 era una fuente débil para el telescopio de gran área (Large Area Telescope, LAT) del observatorio Fermi. Estas imágenes, centradas en 71,07 4C, muestran la velocidad a la que el LAT detectó rayos gamma con energías por encima de los 100 millones de electrón voltios; los colores más claros representan los valores más altos. La imagen de la izquierda cubre 2,5 años, desde el inicio de la misión Fermi al 2011. La imagen de la derecha muestra las 10 semanas de actividad a finales del 2011, cuando se produjo el fuerte estallido de 4C 71,07. Un blazar que está activo con más frecuencia, el S5 0716 71, aparece en ambas imágenes. Crédito: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration (Phys.org)

A principios de noviembre de 2011, en el sitio de la explosión, la galaxia era más de 10.000 veces más brillante que la luminosidad combinada de todas las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

“Esta renovada actividad se produjo después de un largo sueño, y esto es importante, porque nos permite vincular explícitamente las llamaradas de rayos gamma con la creciente emisión observada por los radiotelescopios”, dijo David Thompson, un científico del proyecto Fermi en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales en Greenbelt, Maryland, EEUU.

Situado en la constelación de la Osa Mayor, 4C 71.07 está tan lejos que su luz tarda 10.600 millones de años en alcanzar la Tierra. Los astrónomos están viendo esta galaxia tal como era cuando el universo tenía menos de una cuarta parte de su edad actual.


VLBA y Fermi presentaron observaciones complementarias de la explosión blazar. Arriba: Durante el episodio más intenso de la llamarada de rayos gamma, las mediciones de radio y polarización del VLBA, entre otras observaciones, se vincularon las variaciones en el brillo de la luz visible y rayos gamma con un nudo brillante en el chorro de 4C 71.07. El nudo parecía moverse hacia el exterior a 20 veces la velocidad de la luz, una ilusión causada por el movimiento enfocado casi directamente hacia nosotros a un 99,87 por ciento de la velocidad de la luz. Abajo: La subida y descenso de brillo de rayos gamma de la blazar, tal como fue registrado por el LAT de Fermi a finales de 2011 y principios de 2012. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center / A. Marscher y S.Jorstad (BU)

En el núcleo de la galaxia se encuentra un sobredimensionado agujero negro de 2.600 millones de veces la masa del Sol. Parte de la materia que cae hacia el agujero negro es acelerada hacia el exterior a casi la velocidad de la luz, creando dos chorros de partículas que se alejan en direcciones opuestas. Un chorro apunta casi directamente hacia la Tierra. Esta característica hace que 4C 71.07 sea un blazar, una clasificación que incluye a algunos de las más brillantes fuentes de rayos gamma en el cielo.

Los astrónomos Alan Marscher y Svetlana Jorstad de la Universidad de Boston monitorean 4C 71.07, junto con docenas de otros blazars, utilizando varias instalaciones, incluyendo el VLBA.

Los 10 radiotelescopios del instrumento abarcan América del Norte, desde Hawai hasta St. Croix en las Islas Vírgenes de EEUU, y poseen el poder de resolución de un plato de antena de radio de más de 5.300 kilómetros cuando sus señales se combinan. Como resultado, el VLBA resuelve detalles un millón de veces más pequeños que el Telescopio de Gran Área de Fermi (LAT) y 1.000 veces menores que el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

En otoño de 2011, las imágenes del VLBA revelaron un nudo brillante que parecía moverse hacia el exterior a una velocidad 20 veces más veloz que la luz.

“A pesar de que esta aparente velocidad era una ilusión causada por el movimiento real casi directamente hacia nosotros en un 99,87 por ciento de la velocidad de la luz, este nudo es la clave para determinar el lugar en que se producen los rayos gamma en los chorros del agujero negro”, dijo Marscher, quien presentó los hallazgos el lunes en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Long Beach, California.

El 9 de abril de 2011 el nudo pasó a través de una característica brillante estacionaria en el chorro, que los astrónomos llaman su radio “núcleo”. Esto ocurrió pocos días después de la detección del Fermi del reinicio de las llamaras de rayos gamma en el blazar. Marscher y Jorstad notaron que el blazar se iluminó en longitudes de onda visibles al paso de la emisión de alta energía.

Durante el período más intenso de la llamarada, de octubre 2011 a enero 2012, los científicos descubrieron que la dirección de polarización de la luz visible del Blazar rotó de la misma manera que las emisiones de radio desde el nudo. Llegaron a la conclusión de que el nudo fue el causante de la luz visible y los rayos gamma, que variaron en sincronía.

Esta asociación permitió a los investigadores determinar la ubicación de la explosión de rayos gamma a unos 70 años luz del agujero negro.

Los astrónomos creen que los rayos gamma se producen cuando los electrones que se mueven a cerca de la velocidad de la luz en el chorro chocan con la luz visible e infrarroja que se origina fuera del chorro. Esta colisión puede impulsar a la luz hasta energías mucho más altas, un proceso conocido como dispersión Compton inversa.

La fuente de la luz de baja energía no está clara, por el momento. Los investigadores especulan que el origen puede ser una vaina exterior, de movimiento lento, que rodea el chorro. Nicholas MacDonald, un estudiante graduado en la Universidad de Boston, está investigando cómo debe cambiar el brillo de rayos gamma en este escenario para comparar con las observaciones.

“El VLBA es el único instrumento que nos puede traer imágenes desde tan cerca del borde de un joven agujero negro supermasivo, y el LAT del Fermi es el único instrumento que puede ver la luz de alta energía del chorro de la galaxia”, dijo Jorstad.

Fuente: PhysOrg. Aportado por Eduardo J. Carletti

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