XRISM revela el entorno de agujeros negros y remanentes de supernovas
XRISM reveló la estructura, el movimiento y la temperatura del material que rodea un agujero negro supermasivo y un remanente de supernova con un detalle sin precedentes. Los astrónomos presentaron hoy los primeros resultados científicos del nuevo telescopio de rayos X, menos de un año después de su lanzamiento .
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| Impresión artística del agujero negro supermasivo en NGC 4151. Esta es una impresión artística de la región activa central (núcleo galáctico activo, AGN) de la galaxia NGC 4151, que contiene un agujero negro supermasivo. La región azul en el medio representa el disco de acreción más cercano al agujero negro, que expulsa material. Más allá hay una región tumultuosa que los astrónomos llaman la "región de la línea ancha", y aún más lejos se muestra el toro en forma de rosquilla. CRÉDITO: JAXA |
¿Qué tienen en común un gigantesco agujero negro y los restos de una estrella masiva que explotó? Ambos son fenómenos celestes espectaculares en los que un gas extremadamente caliente produce rayos X de alta energía que la Misión de Imágenes y Espectroscopia de Rayos X (XRISM) puede detectar.
En sus primeros resultados publicados, XRISM, una misión liderada por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) con participación de la ESA, muestra sus capacidades únicas para revelar la velocidad y la temperatura del gas caliente, llamado plasma, y las estructuras tridimensionales del material que rodea un agujero negro y una estrella que explotó.
“Estas nuevas observaciones aportan información crucial para comprender cómo crecen los agujeros negros al capturar la materia que los rodea y ofrecen una nueva perspectiva sobre la vida y la muerte de las estrellas masivas. Demuestran la capacidad excepcional de la misión para explorar el universo de alta energía”, afirma Matteo Guainazzi, científico del proyecto XRISM de la ESA.
Remanente de supernova N132D
En una de sus observaciones de "primera luz" , XRISM se centró en N132D, un remanente de supernova ubicado en la Gran Nube de Magallanes a unos 160.000 años luz de la Tierra. Esta "burbuja" interestelar de gas caliente fue expulsada por la explosión de una estrella muy masiva hace aproximadamente 3.000 años.
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| Hierro al rojo vivo en el remanente de supernova N132D. Esta imagen muestra la observación del remanente de supernova N132D realizada con el telescopio de rayos X XRIMS de la JAXA. Esta supernova es el resultado de una explosión estelar hace aproximadamente 3000 años en la Gran Nube de Magallanes, a 160 000 años luz de la Tierra. En la parte superior de la imagen, el remanente de supernova se muestra en luz de rayos X. El círculo amarillo representa el área donde el instrumento Resolve de XRISM midió hierro extremadamente caliente (10 mil millones de grados Kelvin). La línea rosa muestra el borde del remanente, donde la onda expansiva interactúa con el medio interestelar y el gas caliente (plasma) es más frío (alrededor de 10 millones de grados Kelvin). El espectro muestra muchos elementos químicos que están presentes en N132D. XRISM puede identificar cada elemento midiendo la energía del fotón de rayos X específico de diferentes átomos. La etiqueta "keV" en el eje x del gráfico se refiere a kiloelectronvoltios, una unidad de energía. La "resolución energética" de XRISM, que es su capacidad para distinguir la luz de rayos X con diferentes longitudes de onda, es revolucionaria. Con una resolución 30 veces superior a la de sus predecesores, las capacidades espectroscópicas avanzadas de XRISM permiten a los científicos medir el movimiento y la temperatura del plasma caliente con una precisión sin precedentes. CRÉDITO: JAXA |
Utilizando su instrumento Resolve, XRISM descubrió la estructura alrededor de N132D en detalle. Contrariamente a las suposiciones previas de una simple capa esférica, los científicos descubrieron que el remanente de N132D tiene forma de rosquilla. Utilizando el efecto Doppler, midieron la velocidad a la que el plasma caliente en el remanente se está moviendo hacia o alejándose de nosotros, y establecieron que se está expandiendo a una velocidad aparente de alrededor de 1200 km/s
Resolve también reveló que el remanente contiene hierro que tiene una temperatura extraordinaria de 10 mil millones de grados Kelvin. Los átomos de hierro se calentaron durante la explosión de la supernova a través de violentas ondas de choque que se propagaron hacia el interior, un fenómeno que había sido predicho por la teoría, pero nunca observado antes.
Los restos de supernova como N132D contienen pistas importantes sobre cómo evolucionan las estrellas y cómo se generan y se distribuyen en el espacio interestelar elementos (pesados) esenciales para nuestra vida, como el hierro. Sin embargo, los observatorios de rayos X anteriores siempre han tenido dificultades para revelar cómo se distribuían la velocidad y la temperatura del plasma.
Agujero negro supermasivo en la galaxia NGC 4151
XRISM también ha arrojado nueva luz sobre la misteriosa estructura que rodea a un agujero negro supermasivo. Centradas en la galaxia espiral NGC 4151, situada a 62 millones de años luz de nosotros, las observaciones de XRISM ofrecen una visión sin precedentes del material muy cercano al agujero negro central de la galaxia, que tiene una masa 30 millones de veces la del Sol.
XRISM capturó la distribución de la materia que gira y finalmente cae en el agujero negro en un amplio radio, que abarca desde 0,001 a 0,1 años luz, es decir, desde una distancia comparable a la separación entre el Sol y Urano hasta 100 veces esa.
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| Estudio de XRISM sobre un agujero negro supermasivo. El telescopio de rayos X XRISM de JAXA capturó la distribución de la materia que cae en el agujero negro supermasivo de la galaxia NGC 4151 en un amplio radio, que abarca desde 0,001 a 0,1 años luz. Al determinar la velocidad de los átomos de hierro a partir de su firma de rayos X, los científicos han cartografiado una secuencia de estructuras que rodean al "monstruo" central: el disco más cercano al agujero negro (en azul) donde el gas se mueve a una velocidad de un pequeño porcentaje de la velocidad de la luz, seguido de una región de transición donde el gas se mueve a una velocidad de miles de km/s y que los astrónomos llaman "la región de línea ancha (BLR)" (en naranja), y finalmente el toro en forma de rosquilla (en rojo). CRÉDITO: JAXA |
Al determinar los movimientos de los átomos de hierro a partir de su firma de rayos X, los científicos trazaron una secuencia de estructuras que rodean al agujero negro gigante: desde el disco que "alimenta" al agujero negro hasta el toro en forma de rosquilla.
Estos hallazgos proporcionan una pieza vital del rompecabezas para comprender cómo los agujeros negros crecen devorando la materia que los rodea.
Aunque las observaciones de radio e infrarrojos han revelado la presencia de un toro con forma de rosquilla alrededor de los agujeros negros en otras galaxias, la técnica espectroscópica de XRISM es la primera, y actualmente la única, manera de rastrear cómo se forma y se mueve el gas cerca del "monstruo" central.
Mirando hacia el futuro: observaciones y descubrimientos futuros
En los últimos meses, el equipo científico de XRISM ha trabajado diligentemente para establecer el rendimiento de los instrumentos y perfeccionar los métodos de análisis de datos mediante la observación de 60 objetivos clave. Al mismo tiempo, se seleccionaron 104 nuevos conjuntos de observaciones de entre más de 300 propuestas presentadas por científicos de todo el mundo.
XRISM realizará observaciones basadas en las propuestas exitosas durante el próximo año; gracias a su desempeño excepcional en órbita, superando incluso las expectativas iniciales, esto promete muchos más descubrimientos emocionantes por venir.
Sobre XRISM
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| XRISM en pocas palabras. XRISM estudiará el Universo en luz de rayos X con una combinación sin precedentes de potencia de captación de luz y resolución energética: la capacidad de distinguir rayos X de diferentes energías. La misión proporcionará una imagen de la dinámica de los cúmulos de galaxias, la composición química del Universo y el flujo de materia alrededor de los agujeros negros supermasivos en acreción (núcleos galácticos activos o AGN), entre muchos otros temas. CRÉDITO: ESA |
Las observaciones realizadas con XRISM complementarán las del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA y constituirán una base excelente para las observaciones planificadas con la futura misión de gran tamaño de la ESA, NewAthena . Esta última se está diseñando para superar significativamente el rendimiento científico de los observatorios espectroscópicos y de sondeo de rayos X existentes.
Notas para editores
Estos resultados de la Colaboración XRISM han sido aceptados para su publicación en la Sociedad Astronómica de Japón y en The Astrophysical Journal. Las preimpresiones están disponibles aquí https://arxiv.org/abs/2408.14300 y aquí https://arxiv.org/abs/2408.14301 .
Comunicado original en el sitio web de XRISM.
Contacto:
Relaciones con los medios de la ESA
Publicado en ESA el 20 de septiembre del 2024, enlace publicación.
