El IXPE de la NASA revela partículas generadoras de rayos X en chorros de agujeros negros
El blazar BL Lacertae, un agujero negro supermasivo rodeado por un disco brillante y chorros orientados hacia la Tierra, proporcionó a los científicos una oportunidad única de responder una pregunta de larga data: ¿cómo se generan los rayos X en entornos extremos como este?
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| Esta concepción artística representa la región central del blazar BL Lacertae, un agujero negro supermasivo rodeado por un disco brillante y un chorro orientado hacia la Tierra. El agujero negro central de la galaxia está rodeado de remolinos naranjas en diversas tonalidades que representan el disco de acreción de material que cae hacia el agujero negro. Si bien los agujeros negros son conocidos por atraer material, este proceso de acreción puede resultar en la expulsión de chorros de electrones a una velocidad cercana a la de la luz. El chorro de materia está representado por el cono de luz que comienza en el centro del agujero negro y se ensancha al alcanzar la parte inferior de la imagen. Está surcado por líneas blancas, rosas y moradas que representan campos magnéticos helicoidales. Podemos observar estos chorros en diversas longitudes de onda de luz, incluyendo radio, óptica y rayos X. El Explorador de Polarimetría de Rayos X (IXPE) de la NASA colaboró recientemente con radiotelescopios y telescopios ópticos para observar este chorro y determinar cómo se generan los rayos X en este tipo de entornos celestes. Crédito: NASA/Pablo García |
El IXPE (Explorador de Polarimetría de Rayos X por Imágenes) de la NASA colaboró con radiotelescopios y telescopios ópticos para encontrar respuestas. Los resultados, publicados en la revista Astrophysical Journal Letters , muestran que las interacciones entre electrones de rápido movimiento y partículas de luz, llamadas fotones, deben provocar esta emisión de rayos X.
Los científicos tenían dos posibles explicaciones contrapuestas para los rayos X: una relacionada con los protones y otra con los electrones. Cada uno de estos mecanismos tendría una firma diferente en la polarización de la luz de rayos X. La polarización es una propiedad de la luz que describe la dirección promedio de las ondas electromagnéticas que la componen.
Si los rayos X en los chorros de un agujero negro están altamente polarizados, esto significaría que son producidos por protones que giran en el campo magnético del chorro o por la interacción de protones con sus fotones. Si los rayos X tienen un grado de polarización menor, esto sugeriría que las interacciones electrón-fotones conducen a la producción de rayos X.
IXPE, que se lanzó el 9 de diciembre de 2021, es el único satélite que vuela hoy en día que puede realizar tal medición de polarización.
«Este era uno de los mayores misterios sobre los chorros de agujeros negros supermasivos», afirmó Iván Agudo, autor principal del estudio y astrónomo del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC). «E IXPE, con la ayuda de varios telescopios terrestres de apoyo, finalmente nos proporcionó las herramientas para resolverlo».
Los astrónomos descubrieron que los electrones debían ser los responsables mediante un proceso llamado Dispersión Compton. La dispersión Compton (o efecto Compton) ocurre cuando un fotón pierde o gana energía tras interactuar con una partícula cargada, generalmente un electrón. En los chorros de los agujeros negros supermasivos, los electrones se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. IXPE ayudó a los científicos a comprender que, en el caso de un chorro de blázar, los electrones tienen suficiente energía para dispersar fotones de luz infrarroja hasta longitudes de onda de rayos X.
BL Lacertae (BL Lac, para abreviar) es uno de los primeros blazares descubiertos. Originalmente se creía que era una estrella variable en la constelación de Lacerta. IXPE observó BL Lac a finales de noviembre de 2023 durante siete días, junto con varios telescopios terrestres que midieron simultáneamente la polarización óptica y de radio. Si bien IXPE ya había observado BL Lac en el pasado, esta observación fue especial. Casualmente, durante las observaciones de polarización de rayos X, la polarización óptica de BL Lac alcanzó un valor elevado: 47,5%.
“Este no solo fue el BL Lac más polarizado de los últimos 30 años, ¡sino que es el blazar más polarizado jamás observado!”, dijo Ioannis Liodakis, uno de los autores principales del estudio y astrofísico del Instituto de Astrofísica FORTH en Grecia.
El IXPE descubrió que los rayos X estaban mucho menos polarizados que la luz óptica. El equipo no pudo medir una señal de polarización fuerte y determinó que los rayos X no pueden tener una polarización superior al 7,6 %. Esto demostró que la interacción de los electrones con los fotones, mediante el efecto Compton, debe explicar los rayos X.
“El hecho de que la polarización óptica fuera mucho mayor que en los rayos X sólo puede explicarse por la dispersión Compton”, dijo Steven Ehlert, científico del proyecto IXPE y astrónomo del Centro Marshall de Vuelos Espaciales.
“IXPE ha logrado resolver otro misterio de los agujeros negros”, afirmó Enrico Costa, astrofísico en Roma del Istituto di Astrofísica e Planetologia Spaziali del Istituto Nazionale di Astrofísica. Costa es uno de los científicos que concibió este experimento y lo propuso a la NASA hace 10 años, bajo el liderazgo de Martin Weisskopf, el primer investigador principal de IXPE. “La visión de rayos X polarizados de IXPE ha resuelto varios misterios antiguos, y este es uno de los más importantes. En otros casos, los resultados de IXPE han desafiado opiniones consolidadas y abierto nuevos enigmas, pero así es como funciona la ciencia y, sin duda, IXPE está haciendo muy buena ciencia”.
¿Qué sigue en la investigación sobre el blazar?
"Queremos intentar encontrar la mayor cantidad posible de estos", dijo Ehlert. "Los blazares cambian bastante con el tiempo y están llenos de sorpresas".
Más sobre IXPE
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| Ilustración del Explorador de Polarimetría de Rayos X (IXPE) de la NASA. Crédito de la imagen: NASA |
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Elizabeth Landau
Sede de la NASA
Lane Figueroa
Centro de Vuelos Espaciales Marshall, Huntsville, Alabama.
Nota del editor: Este artículo se actualizó el 2 de junio de 2025 para incluir el enlace al estudio científico publicado en Astrophysical Journal Letters.
Publicado en NASA el 6 de mayo del 2025, enlace publicación.
