Los investigadores descubrieron hace relativamente poco tiempo que los chorros de los agujeros negros emiten rayos X, y cómo los chorros aceleran las partículas a este estado de alta energía sigue siendo un misterio. Sorprendentes nuevos hallazgos en Nature Astronomy parecen descartar una teoría principal, abriendo la puerta para volver a imaginar cómo funciona la aceleración de partículas en los chorros, y posiblemente también en otras partes del universo.
Un modelo líder de cómo los chorros generan rayos X espera que las emisiones de rayos X de los chorros se mantengan estables durante largas escalas de tiempo (millones de años). Sin embargo, el nuevo artículo encontró que las emisiones de rayos X de un número estadísticamente significativo de chorros variaron en unos pocos años.
“Una de las razones por las que estamos entusiasmados con la variabilidad es que hay dos modelos principales de cómo se producen los rayos X en estos chorros, y son completamente diferentes”, explica la autora principal Eileen Meyer, astrónoma de la Universidad de Maryland. , Condado de Baltimore. “Un modelo invoca electrones de muy baja energía y otro tiene electrones de muy alta energía. Y uno de esos modelos es completamente incompatible con cualquier tipo de variabilidad”.
Para el estudio, los autores analizaron datos de archivo del Observatorio de rayos X Chandra, el observatorio de rayos X de mayor resolución disponible. El equipo de investigación analizó casi todos los chorros de agujeros negros para los que Chandra tuvo múltiples observaciones, que ascendieron a 155 regiones únicas dentro de 53 chorros.
Descubrir una variabilidad relativamente frecuente en escalas de tiempo tan cortas “es revolucionario en el contexto de estos chorros, porque eso no se esperaba en absoluto”, dice Meyer.
Repensando la aceleración de partículas
Además de asumir la estabilidad en las emisiones de rayos X a lo largo del tiempo, la teoría más simple de cómo los chorros generan rayos X asume que la aceleración de partículas ocurre en el centro de la galaxia en el “motor” del agujero negro que impulsa el chorro. Sin embargo, el nuevo estudio encontró cambios rápidos en las emisiones de rayos X a lo largo de los chorros. Eso sugiere que la aceleración de partículas está ocurriendo a lo largo del chorro, a grandes distancias desde el origen del chorro en el agujero negro.
“Existen teorías sobre cómo podría funcionar esto, pero mucho de lo que hemos estado trabajando ahora es claramente incompatible con nuestras observaciones”, dice Meyer.
Curiosamente, los resultados también insinuaron que los chorros más cercanos a la Tierra tenían más variabilidad que los que estaban mucho más lejos. Estos últimos están tan lejos que, cuando la luz que emiten llega al telescopio, es como mirar atrás en el tiempo. Tiene sentido para Meyer que los jets más antiguos tengan menos variabilidad. Anteriormente en la historia del universo, el universo era más pequeño y la radiación ambiental era mayor, lo que los investigadores creen que podría conducir a una mayor estabilidad de los rayos X en los chorros.
Colaboración crítica
A pesar de la excelente resolución de imágenes de Chandra, el conjunto de datos planteó desafíos importantes. Chandra observó algunos de los focos de variabilidad con solo un puñado de fotones de rayos X. Y la variabilidad en la producción de rayos X en un jet dado era típicamente decenas de por ciento más o menos. Para evitar contar involuntariamente la aleatoriedad como variabilidad real, Meyer colaboró con estadísticos de la Universidad de Toronto y el Imperial College de Londres.
“Sacar este resultado de los datos fue casi como un milagro, porque las observaciones no fueron diseñadas para detectarlo”, dice Meyer. El análisis del equipo sugiere que entre el 30 y el 100 por ciento de los chorros en el estudio mostraron variabilidad en escalas de tiempo cortas. “Aunque nos gustaría mejores restricciones”, dice, “la variabilidad notablemente no es cero”.
Los nuevos hallazgos abren brechas significativas en una de las principales teorías para la producción de rayos X en chorros de agujeros negros, y Meyer espera que el artículo impulse el trabajo futuro. “Esperemos que este sea un verdadero llamado a los teóricos”, dice, “básicamente para que echen un vistazo a este resultado y propongan modelos de aviones que sean consistentes con lo que estamos encontrando”.
Con información de NATURE
