Escrito por Michael Allen
Un equipo internacional de astrónomos que utiliza el IXPE (Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes) de la NASA ha identificado el origen de los rayos X en el chorro de un agujero negro supermasivo, respondiendo una pregunta que ha estado sin resolver desde los primeros días de la astronomía de rayos X. Sus hallazgos se describen en un artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters, por la Sociedad Astronómica Estadounidense, el 11 de noviembre.
La misión IXPE observó el cúmulo de Perseo, el cúmulo de galaxias más brillante observable en rayos X, durante más de 600 horas durante un período de 60 días entre enero y marzo. Esta no sólo es la observación más larga de un solo objetivo por parte de IXPE hasta la fecha, sino que también marca la primera vez que IXPE observa un cúmulo de galaxias.
Específicamente, el equipo de científicos estudió las propiedades de polarización de 3C 84, la enorme galaxia activa ubicada en el centro del cúmulo de Perseo. Esta galaxia activa es una fuente de rayos X bien conocida y un objetivo común para los astrónomos de rayos X debido a su proximidad y brillo.
Debido a que el cúmulo de Perseo es tan masivo, alberga una enorme reserva de gas emisor de rayos X tan caliente como el núcleo del Sol. El uso de múltiples telescopios de rayos X, en particular el poder de imágenes de alta resolución del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, fue esencial para desenredar las señales en los datos del IXPE. Los científicos combinaron estas mediciones de rayos X con datos de la misión Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) de la agencia y el Observatorio Neil Gehrels Swift.
- Las mediciones de polarización de IXPE transportan información sobre la orientación y alineación de las ondas de luz de rayos X emitidas. Cuantas más ondas de rayos X viajen sincronizadas, mayor será el grado de polarización.
- Se cree que los rayos X de una galaxia activa como 3C 84 se originan a partir de un proceso conocido como dispersión Compton inversa, donde la luz rebota en las partículas y gana energía. Las mediciones de polarización de IXPE nos permiten identificar la presencia de dispersión Compton inversa u otros escenarios.
- “Fotones semilla” es el término para designar la radiación de menor energía que sufre el proceso energizante de dispersión Compton inversa.
- Quizás recuerdes el cúmulo de Perseo de»https://www.youtube.com/watch?v=ioR5np1fmEc» rel=»noopener»>esta sonificación replica cómo suena un agujero negro a partir de mayo de 2022.
«Si bien medir la polarización de 3C 84 era uno de los objetivos científicos clave, todavía estamos buscando señales de polarización adicionales en este cúmulo de galaxias que podrían ser firmas de una física más exótica», dijo Steven Ehlert, científico del proyecto IXPE y astrónomo del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville.
«Ya hemos determinado que para fuentes como 3C 84, los rayos X se originaron a partir de la dispersión Compton inversa», dijo Ioannis Liodakis, investigador del Instituto de Astrofísica FORTH en Heraklion, Grecia, y autor principal del artículo. «Con las observaciones de IXPE de 3C 84 tuvimos una oportunidad única de determinar las propiedades de los fotones semilla».
El primer escenario de origen posible para los fotones semilla se conoce como sincrotrón autoCompton, donde la radiación de menor energía se origina en el mismo chorro que produce las partículas altamente energéticas.
En el escenario alternativo conocido como Compton externo, los fotones semilla se originan a partir de fuentes de radiación de fondo no relacionadas con el chorro.
«Los escenarios de Compton propio y Compton externo del sincrotrón tienen predicciones muy diferentes para su polarización de rayos X», dijo Frederic Marin, astrofísico del Observatorio Astronómico de Estrasburgo en Francia y coautor del estudio. «Cualquier detección de polarización de rayos X de 3C 84 descarta casi decisivamente la posibilidad de un Compton externo como mecanismo de emisión».
A lo largo de la campaña de observación de 60 días, los telescopios ópticos y radiotelescopios de todo el mundo centraron su atención en 3C 84 para realizar más pruebas entre los dos escenarios.
El IXPE de la NASA midió una polarización neta del 4% en el espectro de rayos X, con valores comparables medidos en los datos ópticos y de radio. Estos resultados favorecen fuertemente el modelo de autoCompton del sincrotrón para los fotones semilla, donde provienen del mismo chorro que las partículas de mayor energía.
«Separar estos dos componentes fue esencial para esta medición y no pudo realizarse con ningún telescopio de rayos X, pero al combinar los datos de polarización IXPE con Chandra, NuSTAR y Swift, pudimos confirmar que esta medición de polarización estaba asociada específicamente con 3C 84», dijo Sudip Chakraborty, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Asociación Universitaria de Investigación Espacial en Huntsville, Alabama, y coautor del artículo.
Los científicos continuarán analizando los datos de IXPE desde diferentes ubicaciones en el Cúmulo Perseo en busca de diferentes señales.
El IXPE de la NASA, que continúa proporcionando datos sin precedentes que permiten descubrimientos innovadores sobre objetos celestes en todo el universo, es una misión conjunta de la NASA y la Agencia Espacial Italiana con socios y colaboradores científicos en 12 países. La misión IXPE está dirigida por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. BAE Systems, Inc., con sede en Falls Church, Virginia, gestiona las operaciones de naves espaciales junto con el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder.
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