Rayos X desvelan nueva ciencia en los chorros de agujero negro

Un análisis de dos décadas de datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA han permitido demostrar que hay nueva ciencia complicada por descubrir en torno a los agujeros negros.

En particular, el estudio analiza el chorro de partículas de alta energía que el agujero negro supermasivo del centro de la galaxia Centaurus A lanza a través del espacio.

Los chorros son visibles para diferentes tipos de telescopios, incluidos los que detectan ondas de radio y otros que recogen rayos X. Desde el lanzamiento de Chandra en 1999, muchos astrónomos han estado particularmente interesados en las señales de rayos X inesperadamente brillantes de los chorros.

Aun así, parecía que las observaciones de rayos X estaban capturando esencialmente las mismas características que sus contrapartes de radio más establecidas, lo que no es el resultado más emocionante.

Los chorros son estructuras cósmicas masivas (algunas son más grandes que sus galaxias anfitrionas) que aún albergan muchos misterios.

"Una clave para entender lo que está sucediendo en el chorro podría ser entender cómo las diferentes bandas de longitud de onda trazan diferentes partes del entorno", dijo en un comunicado el autor principal David Bogensberger, un investigador postdoctoral en la Universidad de Michigan. "Ahora tenemos esa posibilidad".

El nuevo estudio es la última entrada en un pequeño pero creciente cuerpo de investigación que está profundizando en los datos para detectar diferencias sutiles y significativas entre las observaciones de radio y rayos X.

"El chorro en rayos X es diferente del chorro en ondas de radio", dijo Bogensberger. "Los datos de rayos X trazan una imagen única que no se puede ver en ninguna otra longitud de onda".

Bogensberger y un equipo internacional de colegas publicaron sus hallazgos en The Astrophysical Journal.

En su estudio, el equipo analizó las observaciones de Centaurus A realizadas por Chandra entre 2000 y 2022. O, más exactamente, Bogensberger desarrolló un algoritmo informático para hacerlo. El algoritmo rastreó las características brillantes y abultadas del chorro, llamadas nudos. Al seguir los nudos que se movían durante el período de observación, el equipo pudo medir su velocidad.

La velocidad de un nudo fue particularmente notable. De hecho, parecía moverse más rápido que la velocidad de la luz debido a cómo se mueve en relación con el punto de observación de Chandra cerca de la Tierra. La distancia entre el nudo y Chandra se reduce casi tan rápido como la velocidad de la luz.

El equipo determinó que la velocidad real del nudo era al menos el 94% de la velocidad de la luz. Anteriormente se había medido la velocidad de un nudo en una ubicación similar utilizando observaciones de radio. Ese resultado registró el nudo con una velocidad significativamente más lenta, aproximadamente el 80% de la velocidad de la luz.

"Lo que esto significa es que los nudos de chorro de radio y rayos X se mueven de manera diferente", dijo Bogensberger.

Y eso no fue lo único que se destacó de los datos.

Por ejemplo, las observaciones de radio de los nudos sugirieron que las estructuras más cercanas al agujero negro se mueven más rápido. En el nuevo estudio, sin embargo, Bogensberger y sus colegas encontraron el nudo más rápido en una especie de región intermedia, no la más alejada del agujero negro, pero tampoco la más cercana.

"Hay mucho que todavía no sabemos realmente sobre cómo funcionan los chorros en la banda de rayos X. Esto resalta la necesidad de más investigación", dijo Bogensberger. "Hemos demostrado un nuevo enfoque para estudiar los chorros y creo que hay mucho trabajo interesante por hacer".

Por su parte, Bogensberger utilizará el enfoque del equipo para examinar otros chorros. El chorro en Centaurus A es especial porque es el chorro más cercano que conocemos a unos 12 millones de años luz de distancia.

Esta proximidad relativa lo convirtió en una buena primera opción para probar y validar la metodología del equipo. Las características como los nudos se vuelven más difíciles de resolver en chorros que están más lejos.