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Evidencia de partículas Ultra-Energéticas expulsadas de agujeros negros

Un equipo internacional de astrónomos liderado por investigadores de Yale obtuvo observaciones infrarrojas claves que revelan la naturaleza de chorros de partículas que se originan justo afuera de agujeros negros súper-masivos en el centro de galaxias e irradian a través del espectro desde longitudes de onda de radio hasta rayos X; un estudio complementario de chorros de emisión de rayos X guiado por astrónomos de la Universidad de Southampton, llega a la misma conclusión.

Ambos estudios involucran el chorro del quásar 3C273, famoso desde su identificación en 1963 como el primer quásar. Ahora parece que la radiación más energética de este chorro proviene de la radiación directa de partículas extremadamente energéticas, y no en la forma esperada por la mayoría de los astrónomos, basada en los datos previamente disponibles. Los dos informes, disponibles en línea en el Astrophysical Journal, aparecerán impresos en el número del 10 de Septiembre.

“Chorros quásar, aunque extremadamente luminosos, son tan distantes que terminan siendo relativamente tenues y difíciles de observar. Gracias a la sensibilidad de los Grandes Observatorios de la NASA, fuimos capaces de realizar un mapa del chorro del 3C273 en el infrarrojo, visible y rayos X,” dijo C. Megan Urry, profesor de física en Yale, y uno de los autores del estudio. “Estos datos combinados sugieren fuertemente que partículas ultra-energéticas en el chorro 3C273 producen su luz a través de radiación sincrotón.”

Hubo dos teorías compitiendo sobre cómo tienen lugar las emisiones desde las partículas –La teoría “Compton-Inversa”, que propone que las emisiones ocurren cuando partículas del chorro esparcen fotones de la radiación cósmica de microondas de fondo, y la teoría de “Radiación Sincrotón”, que postula una población separada de electrones o protones extremadamente energéticos que causan la emisión de altas energías.

“El equipo de Yale utilizó el telescopio espacial Spitzer para observar el 3C273 porque está situado en el espacio y es más sensible a las tenues emisiones infrarrojas del chorro que cualquier otro telescopio,” dijo Yasunobu Uchiyama, un líder de equipo. Las observaciones del Spitzer permitieron al equipo, con colaboradores en Stanford, Southampton, Goddard Space Flight Center, y el Observatorio de Brera en Milán, determinar el espectro infrarrojo por primera vez y entonces realizar la más cercana conexión con la emisión de rayos X.

Sebastian Jester, ahora en la Universidad de Southampton, guió un estudio complementario que utilizó el observatorio de rayos X Chandra. Este equipo, con colaboradores en el Instituto de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, el Observatorio Smithsoniano y el Instituto de Astronomía Max Planck, en Heidelberg, obtuvieron el primer estudio detallado de la distribución de energía de los rayos X provenientes del chorro, que también verifica la teoría sincrotón.

De acuerdo con estos investigadores, mientras la vida de las partículas que producen los rayos X es de apenas 100 años, los datos indican que la parte visible más brillante del chorro tiene un largo de 100.000 años luz. Como no habría tiempo suficiente para que las partículas fueran expulsadas del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz y que luego liberaran su energía como radiación tan lejos como son vistas, las partículas deben ser aceleradas localmente, donde producen su emisión.

Ambos equipos usaron datos del tercer Gran Observatorio de la NASA, el telescopio espacial Hubble, y los radio-telescopios del Very Large Array (VLA). Los tres telescopios y el VLA “ven” emisiones de diferentes longitudes de onda de objetos celestes, y los datos combinados fue esencial para revelar la nueva perspectiva de los chorros.

“Las nuevas observaciones muestran que la estructura del flujo de este chorro es más compleja de lo que había sido pensado anteriormente,” explica Jester. “Que la evidencia presente favorezca la teoría del modelo sincrotón profundiza el misterio de cómo los chorros producen las partículas ultra-energéticas que irradian en longitudes de onda de rayos X.”

“Nuestros resultados, llaman para un profundo replanteamiento de la física de chorros relativistas que producen los agujeros negros,” dijo Uchiyama. “Pero, ahora tenemos una nueva pista crucial para resolver uno de los mayores misterios de la astrofísica de altas energías.”

Fuente: Science Daily