Una galaxia con un gran agujero negro supermasivo, Pictor A.

Explosión de agujero negro en una galaxia muy, muy lejana.

Imagen compuesta de Pictor A formada por rayos X y ondas de radio.

La franquicia de Star Wars ha presentado la ficticia "Estrella de la Muerte" que puede disparar poderosos rayos de radiación a través del espacio. El Universo, sin embargo, produce fenómenos que a menudo superan lo que la ciencia ficción puede imaginar.

La galaxia Pictor A es uno de esos objetos impresionantes. Esta galaxia, ubicada a casi 500 millones de años luz de la Tierra, contiene un agujero negro supermasivo en su centro. Se libera una gran cantidad de energía gravitatoria a medida que el material se arremolina hacia el horizonte de sucesos, el punto de no retorno para el material que ingresa. Esta energía produce un haz enorme o chorro de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz en el espacio intergaláctico.

Para obtener imágenes de este chorro, los científicos utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA en varias ocasiones durante 15 años. Los datos de rayos X de Chandra (azul) se combinaron con datos de radio de Australia Telescope Compact Array (rojo) en esta nueva imagen compuesta. Al estudiar los detalles de la estructura observada tanto en rayos X como en ondas de radio, los científicos buscan obtener una comprensión más profunda de estas enormes explosiones colimadas.

El chorro [a la derecha] en Pictor A es el que está más cerca de nosotros. Muestra emisión continua de rayos X a una distancia de 570.000 años luz. En comparación, toda la Vía Láctea tiene unos 100.000 años luz de diámetro. Debido a su proximidad relativa y la capacidad de Chandra para obtener imágenes detalladas de rayos X, los científicos pueden observar las características detalladas en el chorro y probar ideas sobre cómo se produce la emisión de rayos X.

Pictor A etiquetado en inglés.

Además del prominente chorro que se ve apuntando hacia la derecha en la imagen, los investigadores informan evidencia de otro chorro que apunta en la dirección opuesta, conocido como "contrajet". Si bien la evidencia tentativa para este contrajet se había informado anteriormente, estos nuevos datos de Chandra confirman su existencia. El debilitamiento relativo del contrajet en comparación con el chorro probablemente se deba al movimiento del conjunto que se aleja de la línea de visión hacia la Tierra.

La imagen etiquetada muestra la ubicación del agujero negro supermasivo, el chorro (jet) y el contrajet. También etiquetado está un "lóbulo de radio", donde el chorro está empujando hacia el gas circundante y un "punto de acceso" (hotspot) causado por ondas de choque, similar a los estallidos sónicos de un avión supersónico, cerca de la punta del chorro.

Las propiedades detalladas del chorro y el contrajet observado con Chandra muestran que la emisión de rayos X probablemente provenga de los electrones que giran en espiral alrededor de las líneas del campo magnético, un proceso llamado emisión de sincrotrón. En este caso, los electrones deben volver a acelerarse continuamente a medida que se mueven a lo largo del chorro. Cómo esto sucede no se entiende bien todavía.

Los investigadores descartaron un mecanismo diferente para producir la emisión de rayos X del chorro. En ese escenario, los electrones que se alejan del agujero negro en el chorro a una velocidad cercana a la de la luz se mueven a través del mar de radiación de fondo cósmico (CMB) que quedó de la fase cálida temprana del Universo después del Big Bang. Cuando un electrón de movimiento rápido colisiona con uno de estos fotones CMB, puede aumentar la energía del fotón hacia la banda de rayos X.

El observatorio de Rayos X Chandra de la NASA.

El brillo de rayos X del jet depende de la potencia en el haz de electrones y la intensidad de la radiación de fondo. El brillo relativo de los rayos X provenientes del chorro y el contraeje en Pictor A no coinciden con lo que se espera en este proceso que involucra al CMB, y lo eliminan efectivamente como la fuente de la producción de rayos X en el jet.

Un documento que describe estos resultados se publicará en los avisos mensuales de la Royal Astronomical Society y está disponible en línea. 

Los autores son:

Martin Hardcastle de la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido, Emil Lenc de la Universidad de Sydney en Australia, Mark Birkinshaw de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, Judith Croston de la Universidad de Southampton en el Reino Unido, Joanna Goodger de la Universidad de Hertfordshire, Herman Marshall del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, MA, Eric Perlman del Instituto de Tecnología de la Florida, Aneta Siemiginowska del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, MA, Lukasz Stawarz de la Universidad Jagiellonian en Polonia y Diana Worrall de la Universidad de Bristol.

El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Crédito:

Rayos X: NASA / CXC / Univ of Hertfordshire / M.Hardcastle et al., 

Radio: CSIRO / ATNF / ATCA.

Publicado en Chandra el 2 de febrero de 2016.