Rayos gamma del agujero negro: Microquasar más energético de lo esperado
El microcuásar V4641 Sagittarii en la constelación de Sagitario emite radiación de muy alta energía, observada con el observatorio de rayos gamma HAWC.
Microcuásares | En la estrella binaria de rayos X V4641 Sagittarii, que se muestra aquí, la materia fluye desde una estrella cercana (derecha) hacia un agujero negro (izquierda), alrededor del cual se forman un disco de acreción y chorros radiantes.
El microcuásar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) se encuentra en la constelación de Sagitario (en latín: Sagitario, abreviado Sgr) y está a unos 20.000 años luz de la Tierra. Un equipo de investigación ha publicado los resultados de las observaciones realizadas con el Observatorio de rayos gamma Cherenkov de agua a gran altitud (HAWC) en la revista Nature. Descubrieron que la estrella binaria de rayos X V4641 Sgr emite radiación gamma, es decir, ondas electromagnéticas de máxima energía. Con alrededor de 200 teraelectronvoltios, es incluso más energético que los rayos X.
Agujeros negros activos
Los cuásares son la forma más conocida de núcleos galácticos activos. Su actividad es provocada por un agujero negro extremadamente masivo, con una masa entre unos pocos cientos de millones y miles de millones de la del sol, que está devorando materia. Esta famosa “conducta alimentaria” se llama crecimiento. Como resultado, los quásares desarrollan un brillo enorme y pueden observarse a distancias muy grandes. Algunas de ellas muestran los jets como una característica más de la actividad. Se trata de chorros de materia dirigidos que surgen de la interacción del agujero negro con la materia entrante. Se vuelven casi tan rápidos como la luz y por eso se les llama chorros relativistas. En el interior de los chorros, las ondas de choque aceleran las partículas, que a su vez emiten ondas electromagnéticas de muy alta energía. Pueden estar en el rango de radiación gamma.
Cuásares en pequeño formato
Los microcuásares son una especie de versión mini de los cuásares. También contienen agujeros negros, pero con una masa mucho menor, equivalente a unas pocas masas solares. Por lo demás, los microcuásares tienen las mismas características que sus hermanos mayores: agujeros negros, acreción y chorros. También existen en nuestra galaxia. Esto también incluye el objeto V4641 Sgr en la constelación de Sagitario.
La fuente es una binaria de rayos X en la que la materia de una estrella masiva de la secuencia principal de tipo espectral B se transfiere a un agujero negro. El agujero negro tiene una masa de unas seis masas solares y devora materia estelar, provocando que brille intensamente. Parte de la materia que colapsa se expulsa en forma de chorros. En ellos, las partículas se aceleran con tanta fuerza que emiten rayos gamma de máxima energía.
Mapa de radiación gamma | El Observatorio de Rayos Gamma Cherenkov de Agua a Gran Altitud (HAWC) en México ha detectado radiación gamma emitida por el microcuásar V4641 Sgr. Su ubicación está marcada con un punto amarillo en las imágenes. Emite radiación de las energías más altas, por encima de un teraelectronvoltio (izquierda) e incluso unos pocos cientos de teraelectronvoltios (derecha).
Medición de rayos gamma
HAWC es un detector en México que se especializa en detectar radiación de alta energía. En principio se trata de unos 300 grandes depósitos de agua de acero, en los que la radiación de alta energía del cosmos produce rayos. Esto sucede porque las partículas en el medio del agua se mueven más rápido que la velocidad de la luz en el agua. El fenómeno es análogo al boom sónico en acústica, excepto que en óptica se produce radiación de Cherenkov. Dado que esta radiación secundaria mantiene aproximadamente la dirección de la radiación primaria, se puede utilizar para encontrar la fuente en el cielo. Los rayos se miden mediante detectores fotosensibles en tanques de agua.
HAWC debe su nombre «High-Altitude» al hecho de que los depósitos de agua se encuentran a una altitud de 4.100 metros. Debido a que la atmósfera es mucho más delgada, llegan hasta allí más rayos cósmicos de alta energía, lo que facilita la identificación de sus fuentes.
Las ondas electromagnéticas medidas con HAWC son incluso más energéticas que los rayos X y los rayos gamma. La energía de las fuentes de radiación típicas registradas por el HAWC es del orden de teraelectronvoltios. Un teraelectronvoltio equivale a un billón de electronvoltios; es decir, 1.000 mil millones de veces más energía que la luz normal.
Descubrimiento sorprendente
Hasta ahora se sabía que los microcuásares emitían radiación del orden de gigaelectronvoltios. El equipo de observación quedó sorprendido de que V4641 Sg produjera una salida 10.000 veces más energética de lo normal.
La medición reduce las ideas comunes al absurdo, ya que los investigadores sospechaban anteriormente que los blazares y los restos de supernovas eran las fuentes de rayos gamma de alta energía. Los blazares son esencialmente cuásares en los que uno de los chorros apunta directamente a la Tierra. En los chorros las partículas se aceleran enormemente y también se generan rayos gamma. En los frentes de explosión de supernovas también se produce la aceleración de partículas y la emisión de ondas electromagnéticas de alta energía.
Al observar V4641 Sgr, el equipo concluye que los microcuásares, como objetos de nuestra galaxia, contribuyen a la radiación de fondo en las energías más altas.
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