Infrarrojo: ESA/ Herschel/ PACS/ SPIRE/ Hill, Motte, HOBYS Key Programme Consortium; Rayos X: ESA/ XMM-Newton/ EPIC/ XMM-Newton-SOC/Boulanger

La Nebulosa del Águila, M16, como nunca antes se ha visto. En 1995, los “Pilares de la Creación” del telescopio espacial Hubble,  la imagen de la Nebulosa del Águila, se convirtieron en una de las imágenes más icónicas del siglo 20. Ahora, dos de los observatorios en órbita de la Agencia Espacial Europea, ESA, han arrojado nueva luz sobre esta enigmática región de formación estelar.

La Nebulosa del Águila está a 6500 años luz de distancia, en la constelación de Serpens. Contiene un cúmulo galáctico de estrellas jóvenes y calientes, NGC 6611, visible con un modesto telescopio de aficionado, que esculpe e ilumina el gas y el polvo circundantes, lo que resulta en el enorme hueco de la cavidad y los pilares, cada uno de ellos de varios años luz de largo.

La imagen del Hubble alude a las nuevas estrellas que nacen dentro de los pilares, bien profundo en pequeños manojos conocidos como “glóbulos gaseosos evaporándose” o EGGs (por su acrónimo en inglés, nótese que ese acrónimo significa huevos). Debido al polvo que oscurece, la imagen en luz visible del Hubble no pudo ver el interior y demostrar que las estrellas jóvenes de hecho se están formando.

Heidi Sagerud

Un equipo internacional de astrónomos liderados por la Universidad de Leicester, Reino Unido, ha confirmado la presencia de la fuente de rayos X ultraluminosa más extrema en una galaxia relativamente cercana. El hallazgo, que se publica en The Astrophysical Journal, podría anunciar la existencia de un nuevo tipo de agujeros negros, los de masa intermedia.

Un grupo internacional de astrónomos de Reino Unido, Francia y EE UU, dirigidos desde la británica Universidad de Leicester, ha encontrado pruebas que confirman la distancia y el brillo de la fuente de rayos X ultraluminosa más extrema, lo que podría anunciar que existe una nueva clase de agujero negro.

Se trata de la fuente de rayos X ‘HLX-1’, el miembro más extremo de una extraordinaria clase de objetos (las fuentes de rayos X ultraluminosas), situada en la galaxia ESO 243-49 a una distancia de unos 300 millones de años luz de la Tierra. El espectro óptico de la fuente y su distancia se ha obtenido con el telescopio VLT del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.

Los hallazgos de los astrónomos confirman que es correcta la luminosidad extrema  pues presenta un factor unas 100 veces superior al de la mayoría de los demás objetos de su clase y unas 10 veces mayor que el de la siguiente fuente de rayos X ultraluminosos más brillante.

Esto está obligando a los científicos a replantearse sus teorías sobre el brillo máximo de las fuentes de rayos X ultraluminosos y respalda la idea de que HLX-1 podría contener un agujero negro de masa intermedia, según señala el equipo en el último número de The Astrophysical Journal.

Sus hallazgos les permiten demostrar concluyentemente que HLX-1 se encuentra realmente ubicada en la citada galaxia y que no es ni una estrella en primer plano ni una galaxia en segundo plano. La principal consecuencia de este descubrimiento es que las fuentes de rayos X ultraluminosos como HLX-1 pueden ser más brillantes de lo que inicialmente se pensaba, lo cual encaja con que al menos las más brillantes de ellas alberguen agujeros negros de masa intermedia.

Un agujero negro es un objeto ultradenso con un campo gravitatorio tan intenso que absorbe toda la luz que pasa cerca de él y no refleja nada.

Agujeros negros intermedios

Aunque los astrofísicos sospechaban que podría haber una clase intermedia de agujeros negros, con masas comprendidas entre uno y varios centenares de veces la del Sol, dichos agujeros negros no se habían detectado antes de forma fiable y su existencia ha sido tremendamente discutida dentro de la comunidad astronómica.

“Después de nuestro primer descubrimiento de la fuente de rayos X ultrabrillantes, nos interesaba mucho averiguar la distancia a la que realmente estaba, para así poder calcular cuánta radiación genera este agujero negro”, explica el autor principal del artículo, Klaas Wiersema, del Departamento de Física y Astronomía de Leicester.

“En imágenes tomadas con grandes telescopios, pudimos ver que una fuente óptica tenue estaba presente en la ubicación de la fuente de rayos X, situada cerca del núcleo de una galaxia grande y brillante. Sospechábamos que esta fuente óptica tenue estaba directamente relacionada con la fuente de rayos X pero, para estar seguros, teníamos que estudiar la luz de esta fuente en detalle mediante el telescopio VLT, en Chile”.

“Los datos que obtuvimos usando el VLT tenían una calidad muy alta y nos permitieron separar la luz de la galaxia grande y brillante de la de la fuente óptica tenue”, prosigue.

“Para nuestra inmensa alegría, encontramos en las mediciones resultantes exactamente lo que esperábamos: se detectaba la luz característica de los átomos de hidrógeno, lo que nos permitía medir con precisión la distancia a la que estaba este objeto. Esto nos proporcionó una prueba concluyente de que el agujero negro realmente estaba situado dentro de la galaxia grande y brillante, y de que HLX-1 es la fuente de rayos X ultraluminosos más brillante que se conoce”.

“Ahora que hemos determinado la distancia a la que está este agujero negro y que sabemos dónde se encuentra, nos gustaría averiguar qué hace que esta fuente sea tan brillante y cómo terminó en esa gran galaxia”.

Este resultado es “muy importante” para los investigadores, ya que es compatible con la idea de que HLX-1 contiene un agujero negro de masa intermedia. Las fuentes de rayos X ultraluminosos se encuentran entre los candidatos más prometedores a albergar agujeros negros de masa intermedia, con masas comprendidas entre las de los agujeros negros de masa estelar (entre unas 3 y 20 veces la masa del Sol) y las de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias (entre un millón y 1.000 millones de veces la masa del Sol).

Confirmar el intenso brillo

Ahora, el equipo de investigación puede probar concluyentemente que HLX-1 no está en nuestra galaxia y que no es un agujero negro supermasivo del centro de una galaxia lejana situada en segundo plano. Este resultado también confirma que realmente es tan brillante como se pensaba.

Didier Barret, del Centro de Estudio Espacial de las Radiaciones de Francia, comenta: “Los observatorios de rayos X XMM-Newton y Swift están observando atentamente esta fuente. Los últimos datos, que se obtuvieron cuando HLX-1 era muy tenue, indican que su comportamiento es muy similar al de los agujeros negros de masa estelar de nuestra propia galaxia, pero con un brillo entre unas 100 y 1.000 veces superior”.

Sean Farrell, también del Departamento de Física y Astronomía de Leicester, “esto es muy difícil de explicar sin la presencia de un agujero negro de masa intermedia con una masa aproximada de entre 500 y 10.000 veces la del Sol. Por tanto, HLX-1 está, hasta ahora, resistiendo el escrutinio de la comunidad astronómica internacional”.

Se piensa que los centros de la mayoría de las galaxias contienen agujeros negros supermasivos y que estos poderosísimos núcleos tienen un enorme impacto en la galaxia que los rodea.

Los agujeros negros supermasivos depositan una inmensa cantidad de energía en las galaxias que los albergan, lo que tiene consecuencias tremendas en la formación de estrellas y el crecimiento de la galaxia en general. Los agujeros negros de masa intermedia podrían ser los elementos con los que se construyen los agujeros negros supermasivos.

“Entender cómo se forman y crecen los agujeros negros supermasivos es, por tanto, crucial para nuestra comprensión de la formación y evolución de las galaxias, lo que, a su vez, forma parte del camino que lleva a responder una de las preguntas realmente importantes: ¿cómo se formó y evolucionó nuestra galaxia?”, plantea el experto.

Los siguientes pasos

Sigue habiendo bastantes dudas sobre si todas las fuentes de rayos X ultraluminosos contienen agujeros negros de masa intermedia. El equipo de investigación de Farrell seguirá estudiando HLX-1 para comprender cómo se formó, dónde se ubica y qué la alimenta.

Con el fin de que puedan hacerlo, se les ha concedido cierto tiempo en el telescopio espacial Hubble para que tomen las imágenes de mayor resolución posible de esta galaxia anfitriona, lo cual les permitirá investigar en detalle la naturaleza del entorno que rodea a HLX-1 y la galaxia que la alberga. Una vez que se lleven a cabo las observaciones del Hubble, la mayoría de los grandes observatorios se habrán utilizado para estudiar esta fuente. Para preparar las observaciones del VLT también se usaron datos de los telescopios Magellan (gestionados desde Estados Unidos).

El siguiente paso será averiguar si hay más objetos tan extremos como este y comparar lo que saben sobre HLX-1 con el conjunto de las fuentes de rayos X ultraluminosos. Esto les ayudará a comprender cuántos agujeros negros de masa intermedia podría haber en el espacio y dónde es probable que los encuentren.

Más información en:

http://www2.le.ac.uk/

http://www.plataformasinc.es/

Rayos X: NASA/ CXC/ SAO/ M.Markevitch; Radio: TIFR/ GMRTSAO/ INAF/ R.Cassano, S.Giacintucci; Óptica: DSS

Una imagen compuesta, publicada esta semana por el observatorio de rayos X Chandra, de la NASA, muestra la parte norte del cúmulo de galaxias Abell 1758, situado a unos 3200 millones años luz de la Tierra, y exhibe  los efectos de una colisión entre dos cúmulos de galaxias más pequeñas. Los datos de Chandra de rayos X (en color azul) muestran el gas caliente en el cúmulo y los datos del radiotelescopio gigante de ondas métricas GMRT, en la India (en color rosa) muestran enormes “halos” generados por las partículas ultra-relativistas y los campos magnéticos en escalas enormes. Los datos del relevamiento óptico digital del cielo DSS están en color dorado.

Un estudio de este cúmulo de galaxias y de otros 31 con el Chandra y el GMRT muestra que gigantescos halos de radio se generan durante las colisiones entre cúmulos de galaxias. Este resultado implica que los cúmulos de galaxias con halos de radio están aún en formación, mientras que los cúmulos sin estas emisión de radio no siguen acumulando grandes cantidades de material. El resultado también implica que los electrones relativistas parecen ser acelerados por la turbulencia generada por las fusiones entre cúmulos.

Los cúmulos de galaxias son las estructuras más grandes del Universo que están unidas por la gravedad. Se forman cuando pequeños cúmulos o grupos de galaxias colisionan y se fusionan. Las colisiones entre cúmulos de galaxias, como ésta en Abell 1758 y su prima más famosa, la del Cúmulo Bala, son los eventos más energéticos del Universo luego del Big Bang. Su tasa de crecimiento en los últimos 7 mil millones años ha sido retrasada por los efectos de la energía oscura, como lo muestran estudios previos con Chandra.

Más información en:

http://chandra.harvard.edu/

NASA/ Swift/ Stefan Immler

El resplandor de una de las explosiónes de rayos X más brillante ya detectada proveniente de más allá de la vecindad de nuestra galaxia, la Vía Láctea, cegó temporalmente el ojo de rayos X del observatorio espacial Swift, de la NASA, a principios de este verano boreal, según informan ahora los astrónomos. Los rayos X viajaron por el espacio durante cinco mil millones de años, antes de alcanzar y encandilar al telescopio de rayos X de Swift, el 21 de junio. La explosión de deslumbrante brillo provenía de un estallido de rayos gamma, una erupción violenta de la energía de la explosión de una estrella masiva transformándose en un nuevo agujero negro.

“Este estallido de rayos gamma es, por mucho, la fuente de luz más brillante que se haya visto en longitudes de onda de rayos X, a distancias cosmológicas”, dijo David Burrows, científico principal y profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad Estatal de Pensilvania y científico principal del telescopio de rayos X de Swift (XRT).

Aunque el satélite Swift fue diseñado específicamente para estudiar las explosiones de rayos gamma, el instrumento no fue diseñado para manejar una explosión de rayos X tan brillante. “La intensidad de estos rayos X fue inesperada y sin precedentes”, dijo Neil Gehrels, investigador principal de Swift en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA. Dijo que el estallido, denominado GRB 100621A, es la fuente más brillante de rayos X que Swift haya detectado desde que el observatorio comenzó la observación de rayos X, a principios de 2005. “Justo cuando estábamos empezando a pensar que habíamos visto todo lo que las explosiones de rayos gamma podrían lanzar contra nosotros, esta explosión llegó a desafiar nuestras suposiciones acerca de cuán poderosas sus emisiones de rayos X pueden ser”, dijo Gehrels.

“La explosión fue tan brillante cuando surgió que cerró nuestro software de análisis de datos,” dijo Phil Evans, asistente de investigación postdoctoral en la Universidad de Leicester, en el Reino Unido, quien escribió parte del software de análisis de rayos X de Swift. “Eran tantos fotones por segundo bombardeando el detector que no podía contarlos con la suficiente rapidez. Era como tratar de utilizar un medidor de lluvia y un cubo para medir el caudal de un tsunami”.

El software pronto reanudó la captura de la evolución de la explosión en el tiempo, y Evans recuperó los datos que Swift había detectado durante la breve parada del software. Entonces, los científicos fueron capaces de medir la explosión de brillo de rayos X en 143.000 fotones de rayos X por segundo durante su fugaz periodo de mayor brillo, que es más de 140 veces más brillante que la más brillante fuente continua de rayos X en el cielo – una estrella de neutrones que está más de 500.000 veces más cerca de la Tierra que el estallido de rayos gamma, y que envía una corriente de “apenas” 10.000 fotones por segundo hacia los telescopios de Swift.

Los estallidos de rayos gamma generalmente comienzan con un brillante destello de rayos gamma de alta energía y rayos X, y luego se desvanecen como una figura de fuegos artificiales, a veces dejando atrás un resplandor desapareciendo en longitudes de onda inferiores (menos energéticas), incluyendo ópticas y ultravioleta. Sorprendentemente, aunque la energía de esta explosión fue la más brillante de la historia en los rayos X, no era más que lo habitual en longitudes de onda óptica y ultravioleta.

Los científicos de Swift fueron capaces de estimar el brillo general de GRB 100621A tomando muestras de los fotones a cierta distancia de su centro sobreexpuesto – una técnica de corrección estándar. Los científicos que estudian el Sol utilizan un enfoque similar para observar la corona solar al bloquear su centro muy brillante. “Con esta explosión, tuvimos que muestrear los fotones dos veces más lejos del centro, que lo que lo hemos tenido que hacer antes”, dijo Burrows. “El factor dee corrección para los rayos X de GRB 100621A fue 168 veces mayor que para un estallido de rayos gamma típico y 5 veces más grande que para el más brillante estallido que antes se había visto. Nunca pensamos que veríamos algo tan brillante”.

El análisis automatizado de los datos del XRT de Swift se realiza en la Universidad de Leicester, en el Reino Unido, que estudia los rayos X del espacio exterior desde hace medio siglo. Evans fue el primero en ver los datos procesados del inicio de la explosión. “Cuando vi por primera vez los datos de esta extraña explosión, supe que había descubierto algo extraordinario”, dijo. “Fue una sensación indescriptible cuando me di cuenta en ese momento, que yo era la única persona en todo el Universo que sabía que este acontecimiento extraordinario había ocurrido. Ahora, después de nuestro análisis de los datos, sabemos que esta explosión es una para los libros de récords .”

Otros miembros del equipo de investigación son Tilan Ukwatta, del GSFC y Valerio D’Elia y Giulia Stratta, del Centro de Datos Científicos ASI , de Italia.

Más información en:

http://www.science.psu.edu/

Rayos X: NASA/ CXC/ SAO/ T.Temim et al.; Infrarrojo: NASA/ JPL-Caltech

Una nueva imagen del observatorio de rayos X Chandra y del telescopio rspacial Spitzer, ambos de la NASA, muestra los restos polvorientos de una estrella colapsada. El polvo está flotando por delante engulléndose una familia cercana de estrellas. Los científicos piensan que las estrellas en la imagen son parte de un cúmulo estelar en el cual explotó una supernova. El material eyectado en la explosión está ahora pasando por delante de estas estrellas a altas velocidades.

La imagen compuesta de G54.1+03 muestra los rayos X del Chandra en azul y los datos del Spitzer en verde (infrarrojo más cercano) y rojo-amarillento (infrarrojo más lejano). La fuente blanca cerca del centro de la imagen es una densa estrella de neutrones en rápida rotación, o “pulsar”, remanente del núcleo colapsado de una explosión de supernova. El pulsar genera un viento de partículas de alta energía – visto en los datos del Chandra – que se expande en su ambiente circundante, iluminando el material eyectado en la explosión de supernova.

La envoltura infrarroja que circunda el viento del pulsar está formada por gas y polvo que se condensó a partir de los restos de la supernova. A medida que el polvo se expande a su alrededor, es calentado e iluminado por las estrellas del cúmulo, lo que lo hace observable en el infrarrojo. El polvo más cercano a las estrellas es el más caliente y se lo ve brillar en amarillo, en la imagen. Algo del polvo también es calentado por el viento del pulsar en expansión a medida que éste alcanza el material en la cáscara.

El entorno único dentro del cual explotó esta supernova permitió que los astrónomos observaran el polvo condensado a partir de la supernova, el cual, usualmente, es demasiado frío para emitir en el infrarrojo. Sin la presencia del cúmulo estelar, no sería posible observar este polvo hasta que éste se energizara y calentara por una onda de choque de la supernova. No obstante, la gran fuerza de tal golpe de calor destruiría la mayoría de las partículas más pequeñas de polvo. En G54.+03, los astrónomos están observando el polvo original antes de tal destrucción.

Más información en:

http://chandra.harvard.edu/

ESO/ WFI (óptica); MPIfR/ ESO/ APEX/ A.Weiss et al. (sub-mm); NASA/ CXC/ CfA/ R.Kraft et al. (rayos X)

La rotación retrógrada de agujeros negros supermasivos puede crear jets que controlen la evolución de la galaxia.

Diseminados por todas las galaxias están los agujeros negros, regiones que engullen materia y energía. Aunque no se los puede ver, los científicos pueden inferir su tamaño, localización y otras propiedades usando telescopios sensibles al calor que ellos generan. Este calor, el cual se ve en rayos X, lo produce la materia a medida que cae en espiral alrededor del agujero negro, cada vez más rápido, hasta que alcanza un punto de no retorno – el “horizonte de eventos” – del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Además de la colección de agujeros negros de una galaxia, la cual incluye agujeros negros de más de diez veces la masa del Sol, hay un agujero negro supermasivo incrustado en el corazón de cada galaxia que tiene aproximadamente de un millón a miles de millones de veces la masa del Sol. Alrededor del 10% de estos agujeros negros gigantes presentan jets de plasma, o gas altamente ionizado, que se extiende en direcciones opuestas al agujero negro. Arrojando enormes cantidades de mayormente energía cinética, o energía creada por el movimiento, desde los agujeros negros hacia el Universo, los jets afectan la formación de estrellas y otros cuerpos, y juegan un rol crucial en la evolución de los cúmulos de galaxias, las  más grandes estructuras del Universo.

“Este agujero negro en el centro del cúmulo está afectando todo en ese cúmulo”, dijo Dan Evans, investigador posdoctoral en el Instituto de Astrofísica e Investigación Espacial Kavli (MKI), del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), que estudia los agujeros negros supermasivos y sus jets. Debido a que el jet calienta, poco a poco, el gas que se transmite a través del cúmulo de galaxias, puede retrasar e incluso evitar la formación de estrellas, las cuales se crean por condensación y colapso de gas molecular frío, afectando así el crecimiento de galaxias, explicó Evans. “Sin estos jets, los cúmulos de galaxias se verían diferentes”.

Cómo se forman estos jets es uno de los más importantes misterios sin resolver que quedan en astrofísica. Ahora Evans puede estar un paso más cerca de descubrir ese misterio.

La importancia de la rotación

Durante dos años, Evans estuvo comparando varias docenas de galaxias cuyos agujeros negros alojaban poderosos jets (estas galaxias se conocen como núcleos activos de galaxias en radio, o AGN) con aquellas galaxias con agujeros negros supermasivos que no expelen jets. Todos los agujeros negros – aquéllos con y sin jets – presentan discos de acreción, acumulaciones de polvo y gas en rotación justo fuera del horizonte de eventos. Examinando la luz reflejada en el disco de acreción del agujero negro de un AGN, concluyó que los jets se forman justo afuera de los agujeros negros que tienen una rotación retrógrada – o cuya rotación está en dirección opuesta a la del disco de acreción. Aunque Evans y un colega hipotetizaron recientemente que los efectos gravitacionales de la rotación del agujero negro pueden tener algo que ver con el por qué algunos tienen jets, Evans tiene ahora resultados observacionales para sostener la teoría en un artículo publicado en la edición del 10 de febrero de 2010 del Astrophysical Journal.

Mientras que los investigadores saben que la masa de un agujero negro está íntimamente relacionada con la galaxia en la cual está localizado, ellos saben poco, hasta ahora, acerca del rol de su segunda propiedad fundamental: la rotación. Con este artículo, Evans afirma que la rotación es crucial para entender la dinámica de una galaxia que aloja un agujero negro debido a que puede realmente crear el jet que regula el crecimiento de esa galaxia y del Universo.

“Es la primera galaxia convincente de este tipo vista en este ángulo donde el resultado es bastante robusto”, dijo Patrick Ogle, científico investigador asistente en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), quien estudia AGNs. Ogle cree que la teoría de Evans respecto a la rotación retrógrada es prácticamente la mejor explicación que ha oído del por qué algunos AGN contienen un agujero negro supermasivo con un jet y otros no.

Aunque Evans sospechó durante casi cinco años que los agujeros negros retrógrados con jets estaban perdiendo la porción más interna de su disco de acreción, no fue hasta los últimos años en que los avances computacionales significaron que podría analizar datos recogidos entre finales de 2007 y principios de 2008, por el observatorio Suzaku, un satélite japonés lanzado en 2005, con colaboración de la NASA, para proveer un ejemplo que soporte la teoría. Con estos datos, Evans y colegas del Centro de Astrofísica Harvard – Smithsoniano (CfA), de la Universidad Yale, de la Universidad Keele y de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido), analizaron el espectro de un agujero negro supermasivo con un jet situado a 800 millones de años luz de distancia, en un AGN llamado 3C 33.

Los astrofísicos pueden ver las señales de la emisión de rayos X provenientes de las regiones internas del disco de acreción, el cual está situado cerca del borde un agujero negro, como resultado de un anillo atmosférico super caliente llamado corona, situado encima del disco y que emite luz que un observatorio como Suzaku puede detectar. Además de esta luz directa, una fracción de la luz pasa debajo de la corona sobre el disco de acreción del agujero negro y es reflejada por la superficie del disco, resultando en un patrón de señal espectral, llamado efecto Compton, también detectado por Suzaku.

Pero el equipo de Evans nunca encontró un efecto Compton en la emisión de rayos X de 3C 33, un descubrimiento que los investigadores creen provee una evidencia crucial que el disco de acreción de un agujero negro con un jet está truncado, lo que significa que éste no se extiende tan cerca del centro en un agujero negro con jet, como en un agujero negro sin jet. La ausencia de esta porción más interna del disco significa que nada puede reflejar la luz desde la corona, lo cual explica por qué los observadores sólo ven un espectro directo en luz de rayos X.

Los investigadores creen que la ausencia puede provenir de la rotación retrógrada, la cual empuja hacia afuera la órbita de la porción más interna del disco de acreción como resultado de la relatividad general, o de la atracción gravitacional entre masas. Esta ausencia crea un hueco entre el disco y el centro del agujero negro que conduce al amontonamiento de campos magnéticos que proveen la fuerza para alimentar al jet.

Aunque Ogle cree que la teoría de la rotación retrógrada es una buena explicación para las observaciones de Evans, dijo que está lejos de ser confirmada, y que tomará más ejemplos con resultados consistentes para convencer a la comunidad astrofísica.

El campo de investigación se expandirá en agosto de 2011 con el lanzamiento programado del satélite NuStar (conjunto de telescopios espectroscópico nuclear) de la NASA, el cual es de 10 a 50 veces más sensible al espectro y al efecto Compton que la tecnología actual. NuSTAR ayudará a los investigadores a dirigir un “gigantesco censo” de agujeros negros supermasivos que “revolucionará absolutamente la manera de mirar al espectro de rayos X de los AGN”, explicó Evans. Él planea pasar otros dos años comparando agujeros negros con y sin jets, esperando aprender más acerca de las propiedades de los AGN. Su objetivo, para la próxima década, es determinar cómo evoluciona en el tiempo la rotación de un agujero negro supermasivo.

Más información en:

http://web.mit.edu/

C. Carreau / ESA

El observatorio XMM-Newton, de rayos X , de la Agencia Espacial Europea, ESA, celebra el 10 de diciembre de 2009, su décimo aniversario. Durante esta década de operaciones, este extraordinario observatorio orbital ha proporcionado nuevos datos en cada ámbito de la astronomía. Desde nuestro fondo cósmico hasta los límites más lejanos del Universo, XMM-Newton ha cambiado nuestra forma de ver el Espacio.

El 10 de diciembre de 1999, un cohete Ariane 5 despegaba desde el Espaciopuerto Europeo en Kourou, Guyana Francesa, transportando un satélite de 10 metros de longitud, el XMM-Newton. Fueron necesarios ocho días de maniobras para alcanzar la órbita terrestre necesaria para sus operaciones, una trayectoria de alta excentricidad que se extiende hasta un tercio de la distancia a la Luna. Pocos días más tarde, los tres módulos de espejos cubiertos de oro del XMM-Newton empezaron a focalizar rayos X sobre sus cinco instrumentos. Una cámara de monitorización óptica permite a los astrónomos apuntar el telescopio a sus objetivos. Lo que comenzó como una pequeña fuente de nuevos datos pronto se convirtió en una auténtica avalancha, con la publicación de más de 2200 artículos de investigación basados en las observaciones realizadas por el XMM-Newton.

“10 años es mucho tiempo para una misión espacial; hemos hecho grandes avances en todos los ámbitos de la astronomía”, comenta Norbert Schartel, Científico de Proyecto de la ESA para esta misión.

Los rayos X se generan en el Espacio en las condiciones más extremas, con frecuencia como resultado de trágicos sucesos. Pueden ser generados en los intensos campos gravitatorios y magnéticos que rodean a ciertos objetos celestes, como las estrellas de neutrones o los agujeros negros, o cuando nubes de gas gigantes colisionan con cúmulos de galaxias.

XMM-Newton ha destacado en el estudio de los agujeros negros o, para ser más precisos, en el estudio de su entorno. Al identificar los rayos X emitidos por los átomos de hierro, demostró cómo los agujeros negros retuercen el tejido espacio-temporal alrededor de sí mismos. También ha revelado cómo crecen los agujeros negros supermasivos y cómo condicionan la evolución de las galaxias más masivas del Universo, y ha seguido el desarrollo de las estructuras más grandes del Espacio: los cúmulos de galaxias. También ha rastreado la producción y la dispersión de los elementos químicos pesados en las explosiones de estrellas, y ha detectado una intensa actividad magnética en estrellas jóvenes similares al Sol.

Más cerca de casa, XMM-Newton ha descubierto que Marte tiene una atmósfera bastante más espesa de lo que inicialmente se pensaba. La tenue capa exterior de ese planeta, conocida como su exosfera, se extiende hasta seis veces el radio de Marte. También descubrió que los cometas de hielo procedentes del Sistema Solar exterior emiten rayos X. Quizás uno de los resultados más extraordinarios fue que XMM-Newton localizó una zona caliente en una estrella de neutrones, a una distancia de 552 años luz. Esta zona tenía simplemente 60 metros de diámetro, ínfima para ser detectada con tanta claridad desde la órbita terrestre. El satélite realizó descubrimientos similares en otras dos estrellas de neutrones.

XMM-Newton ha jugado un papel importante en el estudio de la materia oscura, una sustancia hipotética que se supone cinco veces más abundante que la materia normal. Se creía que la variedad favorita de materia oscura emitiría rayos X o rayos gamma al decaer una partícula, por lo que XMM-Newton estuvo buscando estas ‘líneas de decaimiento’ en cúmulos de galaxias pero no encontró nada, lo que ayudó a los teóricos a restringir sus hipótesis.

Hoy, XMM-Newton permanece a la vanguardia de la astronomía, proporcionando datos a más de 2000 astrónomos de todo el mundo, que generan unos 300 artículos técnicos referenciados cada año. Cada segundo de tiempo de observación sigue estando altamente disputado, recibiéndose peticiones que exceden siete veces el tiempo disponible de observación cada vez que el equipo del proyecto solicita nuevas propuestas de observación.

En cuanto al futuro, todavía hay mucho Universo que estudiar. Su antecesor, el telescopio Rosat, catalogó 125.000 fuentes de rayos X, mientras que XMM-Newton tan sólo ha estudiado 4300 de ellas. Incluso tras una década en el Espacio, el satélite permanece en perfectas condiciones. “Desde el punto de vista tecnológico, no hay nada que no nos permita continuar una década más”, concluye Schartel.

Más información en:

http://www.esa.int/

JAXA

Todos los cocineros conocen los ingredientes para hacer pan: harina, agua, levadura y tiempo.  Pero, ¿qué elementos químicos están en la receta de nuestro Universo? La mayoría de los ingredientes son hidrógeno y helio. Estos peso livianos cósmicos ocupan los dos primeros espacios de la famosa tabla periódica de elementos. Menos abundantes pero más conocidos por nosotros son los elementos más pesados, que son todo el listado de la tabla periódica luego del hidrógeno y el helio. Estos bloques constructivos, tales como el hierro y otros metales, pueden encontrarse en muchos objetos de nuestra vida diaria, desde los osos Teddy hasta las pavas.

Recientemente, los astrónomos usaron el observatorio de rayos X en órbita Suzaku, operado en conjunto por la NASA y la agencia espacial japonesa, JAXA, para descubrir la más grande reserva de metales raros en el Universo.

Suzaku descubrió los elementos cromo y manganeso mientras observaba la región central del cúmulo de galaxias Perseus. Los átomos metálicos son parte del gas caliente, o “medio intergaláctico”, que se ubica entre las galaxias.

“Ésta es la primera detección de cromo y manganeso en un cúmulo”, dice Takayuki Tamura, astrofísico de la Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa, JAXA, quien lidera el estudio. “Previamente, estos metales fueron detectados sólo en estrellas en la Vía Láctea o en otras galaxias. Ésta es la primera detección en el espacio intergaláctico”.

El gas del cúmulo es extremadamente caliente, por lo que emite energía en rayos X. Los instrumentos de Suzaku dividen la energía de rayos X en las longitudes de onda que los componen, o espectro. El espectro es una huella dactilar química de los tipos y cantidades  de los diferente elementos del gas.

La porción del cúmulo dentro del campo de visión de Suzaku es de 1,4 millones de años luz de diámetro, o aproximadamente un quinto del ancho total del cúmulo. Éste contiene una asombrosa cantidad de átomos metálicos. El cromo es 30 millones de veces la masa del Sol, ó 10 billones de veces la masa de la Tierra. La reserva de manganeso es de alrededor de 8 millones de masas solares.

Las estrellas explosivas, o supernovas, forjan los elementos pesados. Las supernovas también crean vastos flujos, llamados supervientos. Estas ráfagas galácticas transportan elementos pesados dentro del vacío intergaláctico.

Cosechar las riquezas del Cúmulo Perseus no es posible. Pero los investigadores explotarán la información de los rayos X de Suzaku para revelaciones científicas.

“Midiendo la abundancia metálica, podemos entender la historia química de la estrellas en las galaxias, tales como el número y tipos de estrellas que se formaron y explotaron en el pasado”, dice Tamura.

Los datos del estudio de Suzaku muestran que llevó 3ooo millones de supernovas para producir las cantidades medidas de cromo y manganeso. Y en períodos superiores a los miles de millones de años, los supervientos transportaron los metales fuera del cúmulo de galaxias y los depositaron en el espacio intergaláctico.

Una completa historia del Universo debería incluir el entendimiento de cómo, cuándo y dónde se formaron los elementos pesados – los elementos químicos esenciales para la vida misma. El estudio de Suzaku contribuye al gran esfuerzo por continuar realizando censos químicos del cosmos. “Esto es una parte del aprendizaje de la historia completa de la formación de los elementos químicos en el Universo”, indica Koji Mukai, quien encabeza el programa de Observadores Invitados de Suzaku, en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, en Greenbelt, Maryland.

Con más de 10.000 cúmulos de galaxias conocidos, los astrónomos recién comienzan con su trabajo. “Los resultados actuales de Suzaku no pueden responder estas grandes cuestiones inmediatamente”, dice Tamura, “pero es uno de los primeros pasos para entender la historia química del Universo”.

El estudio apareció en la edición del 1 de noviembre de 2009 de The Astrophysical Journal Letters.

Más información en:

http://www.nasa.gov/

Mitchell Begelman

Los primeros grandes agujeros negros en el Universo parecen haberse formado y crecido dentro de gigantescos capullos parecidos a estrellas, que contuvieron su poderosa radiación de rayos X y evitaron que los gases circundantes se escaparan, según un nuevo estudio liderado por la Universidad de Colorado en Boulder (CU-Boulder).

El proceso de formación involucró dos estados, dijo Mitchell Begelman, profesor a cargo del departamento de ciencias astrofísicas y planetarias de CU-Boulder. Los antecesores de la formación de agujeros negros, objetos denominados estrellas supermasivas, probablemente comenzaron a formarse dentro de los primeros cientos de millones de años luego del Big Bang, 14 mil millones de años atrás. Una estrella supermasiva eventualmente alcanzará un tamaño enorme - tan grande como diez millones de veces la masa del Sol – y habrá tenido una vida corta, con su núcleo colapsando en sólo unos pocos millones de años, dijo.

En el nuevo estudio que será publicado en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Begelman calculó cuántas estrellas supermasivas pudieron haberse formado, así como las masas de sus núcleos. Estos cálculos le permitieron estimar sus tamaño y su evolución posterior, incluyendo cómo en definitiva abandonaron “semillas” de agujeros negros.

Begelman dijo que las estrellas supermasivas que consumen  hidrógeno tendrían que haber sido estabilizadas por su propia rotación o alguna otra forma de energía, como campos magnéticos o turbulencia, para facilitar la rápida velocidad de crecimiento de los agujeros negros, en sus núcleos. “Lo que es nuevo aquí es que pensamos que hemos encontrado un nuevo mecanismo para formar estas gigantescas estrellas supermasivas, lo cual nos da una nueva forma de entender cómo se han formado los agujeros negros, relativamente rápido”, dijo Begelman.

El principal requisito para la formación de estrellas supermasivas es la acumulación de materia con una tasa de cerca de una masa solar por año, dijo Begelman. Debido a la tremenda cantidad de materia consumida por las estrellas supermasivas, la posterior semilla que los agujeros negros formaron en sus núcleos comenzó siendo mucho más grande que los agujeros negros ordinarios – los cuales tienen una masa de sólo unos pocas veces la del Sol – y posteriormente creció más rápidamente.

Luego que se formó la semilla de los agujeros negros, el proceso entró en su segundo estado, el cual Begelman ha apodado el estado “cuasiestrella”. En esta fase, los agujeros negros crecen rápidamente engullendo materia de la envoltura de gas hinchada que los circundan, el cual eventualmente se hincha hasta un tamaño mayor al del Sistema Solar, y, al mismo tiempo, se enfría, dijo.

Una vez que la cuasiestrella se enfría hasta un cierto punto, la radiación comienza a escapar a tan alta velocidad que causa que la envoltura gaseosa se disperse y acabe en agujeros negros de más de 10.000 veces la masa del Sol, dijo Begelman. Con este gran comienzo, por encima del de  los agujeros negros ordinarios,  pudieron haber crecido hasta agujeros negros supermasivos millones o miles de millones de veces la masa del Sol, engullendo el gas de las galaxias circundantes o fundiéndose con otros agujeros negros en colisiones galácticas extremadamente violentas.

La fase cuasiestrella fue analizada en un artículo publicado, en 2008, por Begelman en colaboración con  Phil Armitage, Profesor de CU, y Elena Rossi, investigadora asociada.

“Hasta hace poco, el pensamiento de muchos había sido que los agujeros negros supermasivos surgieron de la fusión de agujeros negros numerosos y pequeños, en el Universo,” dijo. “Este nuevo modelo de desarrollo de agujero negro indica un posible camino alternativo para su formación”.

Los agujeros negros son objetos celestes extremadamente densos que se cree se formaron por el colapso de estrellas y los cuales tienen un campo gravitacional tan potente que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Aunque los agujeros negros no son detectados directamente por los astrónomos, el movimiento de la materia estelar arremolinándose alrededor de ellos y los poderosos chorros de gas expulsados proveen evidencia de su existencia. Los agujeros negros ordinarios se piensa que son restos de estrellas ligeramente más grandes que el Sol que agotaron su combustible y murieron, dijo.

Los agujeros negros supermasivos creados en la historia temprana del Universo pueden haber producido el fenómeno de los cuasares – los centros muy brillantes y energéticos de galaxias distantes que pueden ser un billón de veces más brillantes que el Sol. Hay también evidencia que un agujero negro supermasivo habita el centro de todas las galaxias masivas de hoy, incluyendo a la propia Vía Láctea, dijo Begelman.

“Los grandes agujeros negros formados a partir de estas estrellas supermasivas pudieron haber tenido un enorme impacto en la evolución del Universo, incluyendo la formación de las galaxias”, dijo. Begelman está colaborando con la astrofísica Marta Volonteri, de la Universidad de Michigan, comparando la posible formación de agujeros negros supermasivos a partir de estrellas supermasivas y cuasiestrellas versus su creación por la fusión de agujeros negros ordinarios que quedaron luego del colapso de las estrellas más jóvenes del Universo.

Los científicos podrán ser capaces de usar el telescopio espacial James Webb, de la NASA, que será lanzado en 2013, para mirar atrás en el tiempo y buscar estrellas supermasivas parecidas a capullos cerca del comienzo del Universo, las cuales brillarían más en la porción infrarroja del espectro electromagnético, dijo Begelman.

Begelman es autor de varios libros, incluyendo “Gravity´s Fatal Attraction” (La atracción fatal de la gravedad) con Martin Rees, miembro de la Casa Británica de los Lores y presidente de la Sociedad Real de Londres y quien es Astrónomo Real Británico, de 1996. La segunda edición del libro saldrá el próximo año. Begelman también es autor de “Turn Right at Orion: Travels Trought the Cosmos” (Doble a la derecha de Orión: Viaje a través del Cosmos), de 2000.

Más información en:

http://www.colorado.edu/

SSRO-South

Los astrónomos Guido Risaliti, Martin Elvis, Pepi Fabbiano, y Junfeng Wang del Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO) han utilizado un conjunto de telescopios de rayos X en órbita para descubrir y realizar el seguimiento de una propiedad muy curiosa de la galaxia de núcleo activo NGC 1365: la emisión de rayos X de alta energía es aproximadamente el doble de lo esperado en comparación con la emisión de baja energía, incluso cuando la radiación de baja energía está en su punto más brillante.

El núcleo de una galaxia activa, un AGN, contiene un agujero negro masivo que está realizando acreción de material vigorosamente. En el proceso, normalmente expulsa chorros de partículas y radia intensamente en muchas longitudes de onda, en particular en las longitudes de onda de los rayos X. Resulta que casi la mitad de todos los AGN parece tener muy gruesas nubes de gas cerca de sus núcleos, conclusión a la que se llega porque sólo se ven rayos X de alta energía provenientes de ellos. La explicación habitual es que las nubes de gases absorben la emisión de rayos X de energía más baja, mientras que la radiación de energía alta es relativamente poco afectada.

Los rayos X de los AGN son importantes para los astrónomos, no sólo porque ofrecen nuevas percepciones del agujero negro y su entorno, sino porque los rayos X son, a menudo, variables en el tiempo, lo que sugiere que estas nubes de gas están en movimiento alrededor del núcleo. Esta cinemática, a su vez, proporciona información sobre cómo los AGN y su galaxia se formaron y evolucionaron.

La galaxia NGC 1365 está a unos sesenta millones de años luz de distancia. Es notable por tener variaciones rápidas en los rayos X de baja energía, en escalas de tiempo de apenas unos días, lo que sugiere que nubes de gas del tamaño del Sistema Solar cercanas al núcleo se mueven a través de nuestra línea visual al AGN, que posiblemente sean parte de un toroide alrededor del núcleo.

Los astrónomos del SAO han utilizado un conjunto de telescopios de rayos X, en órbita, para descubrir y realizar el seguimiento de una propiedad muy curiosa de NGC 1365: la emisión de rayos X de alta energía es aproximadamente el doble de lo esperado en comparación con la emisión de baja energía, incluso cuando la radiación de baja energía está en su punto más brillante.

Los científicos ofrecen tres posibles explicaciones para esta situación, hasta ahora, única: el AGN tiene aún otra capa de absorción de gas, pero que no varía  (¿de dónde viene?); hay un segundo agujero negro contribuyendo con sus propios rayos X (pero ninguna otra galaxia de este tipo tiene dos agujeros negros de ésos), o la forma del absorbedor tiene una geometría compleja y particular (lo que parece muy artificial).

Cualquiera que sea la solución final, el nuevo trabajo arroja luz sobre el ambiente complejo que puede existir en torno a los núcleos galácticos activos.

Más información en:

http://www.cfa.harvard.edu/