Cuando el telescopio espacial de rayos gamma Fermi entró en la órbita terrestre baja en 2008, nos abrió los ojos a un universo completamente nuevo de radiación de alta energía.
Uno de sus descubrimientos más curiosos fue el Burbujas Fermi: manchas gigantes y simétricas que se extienden por encima y por debajo del plano galáctico, a 25.000 años luz a cada lado del centro de la Vía Láctea, que brillan con luz de rayos gamma, los rangos de longitud de onda de mayor energía en el espectro electromagnético.
Luego, en 2020, un telescopio de rayos X llamado eROSITA encontró otra sorpresa: burbujas aún más grandes que se extienden a lo largo de 45 000 años luz a cada lado del plano galáctico, esta vez emitiendo rayos X menos energéticos.
Desde entonces, los científicos han llegado a la conclusión de que ambos conjuntos de burbujas son probablemente el resultado de algún tipo de explosión o explosiones del centro galáctico y el agujero negro supermasivo que se encuentra en él. Sin embargo, el mecanismo que produce la radiación gamma y X ha sido un poco más difícil de precisar.
Ahora, usando simulaciones, el físico Yutaka Fujita de la Universidad Metropolitana de Tokio en Japón ha encontrado una única explicación que explica ambos conjuntos de burbujas de una sola vez.
Descubrió que la emisión de rayos X es el producto de un viento poderoso y rápido que golpea el tenue gas que llena el espacio interestelar, produciendo una onda de choque que reverbera a través del plasma, causándole ese brillo energético.
El agujero negro supermasivo que alimenta el corazón de la Vía Láctea, Sagitario A*, es bastante silencioso en lo que respecta a los agujeros negros. Su actividad de alimentación es mínima; se clasifica como “quiescente”. Sin embargo, no siempre ha sido así. Y un agujero negro activo puede tener todo tipo de efectos en el espacio que lo rodea.
A medida que el material cae hacia el agujero negro, se calienta y brilla con luz. Parte del material se canaliza a lo largo de las líneas del campo magnético fuera del agujero negro, que actúa como un sincrotrón para acelerar las partículas a una velocidad cercana a la de la luz. Estos se lanzan como poderosos chorros de plasma ionizado desde los polos del agujero negro, que salen al espacio hasta millones de años luz.
Además, hay vientos cósmicos: corrientes de partículas cargadas que son azotado por el material orbitando el agujero negro que luego estalla en el espacio.
Si bien Sagitario A* puede estar tranquilo ahora, ese no siempre ha sido necesariamente el caso. Mire lo suficiente, y se pueden encontrar reliquias de actividades pasadas, como las burbujas de Fermi, al acecho en el espacio alrededor del plano galáctico. Al estudiar estas reliquias podemos entender cuándo y cómo tuvo lugar esa actividad.
La incursión de Fujita en las burbujas de Fermi se basa en datos del ahora retirado Suzaku Satélite de rayos X, operado conjuntamente por la NASA y la Agencia Espacial Japonesa (JAXA). Tomó observaciones de Suzaku de las estructuras de rayos X asociadas con las burbujas y realizó simulaciones numéricas para tratar de reproducirlas en función de los procesos de alimentación de agujeros negros.
“Demostramos que se puede usar una combinación de los perfiles de densidad, temperatura y edad de choque del gas de rayos X para distinguir los mecanismos de inyección de energía”. escribe en su papel.
“Al comparar los resultados de las simulaciones numéricas con las observaciones, indicamos que las burbujas fueron creadas por un viento rápido del centro galáctico porque genera un fuerte choque inverso y reproduce el pico de temperatura observado allí”.
Descubrió que el escenario más probable es un viento de agujero negro que sopla a una velocidad de 1.000 kilómetros por segundo (621 millas) de un evento de alimentación pasado que se midió en el transcurso de 10 millones de años y terminó recientemente. A medida que el viento se propaga hacia el exterior, las partículas cargadas chocan con el medio interestelar, produciendo una onda de choque que rebota en la burbuja. Estas ondas de choque inversas calientan el material dentro de las burbujas y hacen que brille.
Las simulaciones numéricas desarrolladas por Fujita reprodujeron con precisión el perfil de temperatura de la estructura de rayos X.
También investigó la posibilidad de una sola erupción explosiva desde el centro galáctico y no pudo reproducir las burbujas de Fermi. Esto sugiere que un viento lento y constante del centro galáctico fue el progenitor más probable de las estructuras misteriosas. Y el poder del viento solo puede atribuirse a Sagitario A*, no a la formación estelar, otro fenómeno que produce vientos cósmicos.
“Por lo tanto,” escribe en su papel“el viento puede ser el mismo que los flujos de salida de los núcleos galácticos activos que se observan a menudo en otras galaxias y se cree que regulan el crecimiento de las galaxias y sus agujeros negros centrales”.
El artículo ha sido publicado en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.