Una misión de la NASA ha observado un agujero negro supermasivo que apunta su chorro altamente energético directamente hacia la Tierra. Sin embargo, no entres en pánico todavía. A pesar de lo temible que es este evento cósmico, se encuentra a una distancia muy segura de unos 400 millones de años luz de distancia.

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 . Esos 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 los campos ‘ orientación. La polarización del chorro lanzado 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 jets Blazar pueden extenderse por el espacio durante millones de años luz, pero los mecanismos que los lanzan aún no se comprenden bien. Sin embargo, estos nuevos descubrimientos que rodean al chorro de Markarian 421 podrían arrojar algo de luz sobre este fenómeno cósmico extremo. 

«Markarian 421 es un viejo amigo para los astrónomos de alta energía», dijo en un comunicado la investigadora principal detrás del descubrimiento y astrofísica de la Agencia Espacial Italiana, Laura Di Gesu . «Estábamos seguros de que el blazar sería un objetivo valioso para IXPE, pero sus descubrimientos superaron nuestras mejores expectativas y demostraron 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 los chorros relativistas. «

La estructura retorcida de los jets blazar

La principal razón por la que los chorros que se alimentan de 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 teoría física de la relatividad especial de Einstein. 

Los chorros de Blazar también obtienen un impulso adicional a tal brillo porque su orientación hacia nosotros hace que las longitudes de onda de luz asociadas con sus chorros se «agrupen», aumentando tanto sus frecuencias como sus energías. Esto es similar a cómo las ondas sonoras de la sirena de una ambulancia que se aproxima se «agrupan» para causar un aumento en la frecuencia que hace que suene más agudo. 

Como resultado de estos dos efectos, los blazars a menudo pueden eclipsar la luz combinada de todas las estrellas de las galaxias que los albergan. 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 brillante.

Anteriormente, los modelos de chorros blazar habían 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 predijo fue el hecho de que la hélice magnética albergaría áreas donde las partículas están siendo aceleradas.

Representación de un artista del observatorio IXPE en el espacio.(Crédito de la imagen: NASA)

«Habíamos anticipado que la dirección de la polarización podría cambiar, pero pensamos que las grandes rotaciones serían raras, según las observaciones ópticas anteriores de muchos blazars», dijo el coautor de la investigación y físico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Herman Marshal. planeó varias observaciones del blazar, y la primera mostró una polarización constante del 15%».

Aún más notable, el análisis de los datos de IXPE mostró que la polarización del chorro se redujo a 0% entre la primera y la segunda observación. Esto 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 dio un giro en U, girando casi 180 grados en dos días», dijo Marshall. «Luego nos sorprendió nuevamente durante la tercera observación, que comenzó un día después, al observar que la dirección de la polarización continuaba girando al mismo ritmo».

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 las emisiones de rayos X cambiaron. Esto implicaba una onda de choque que viajaba a lo largo del campo magnético retorcido de Markarian 421.

Una vez se vieron indicios 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 contribuye a una onda de choque viajera que acelera las partículas del chorro a velocidades relativistas. .

Concepto artístico de un agujero negro supermasivo que se alimenta con un chorro que sale casi a la velocidad de la luz.(Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech)

«Habíamos anticipado que la dirección de la polarización podría cambiar, pero pensamos que las grandes rotaciones serían raras, según las observaciones ópticas anteriores de muchos blazars», dijo el coautor de la investigación y físico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Herman Marshal. planeó varias observaciones del blazar, y la primera mostró una polarización constante del 15%».

Aún más notable, el análisis de los datos de IXPE mostró que la polarización del chorro se redujo a 0% entre la primera y la segunda observación. Esto 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 dio un giro en U, girando casi 180 grados en dos días», dijo Marshall. «Luego nos sorprendió nuevamente durante la tercera observación, que comenzó un día después, al observar que la dirección de la polarización continuaba girando al mismo ritmo».

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 las emisiones de rayos X cambiaron. Esto implicaba una onda de choque que viajaba a lo largo del campo magnético retorcido de Markarian 421.

Una vez se vieron indicios 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 contribuye a una onda de choque viajera que acelera las partículas del chorro a velocidades relativistas. .