La observación más larga de IXPE resuelve el misterio de los chorros de los agujeros negros
Dos imágenes compuestas muestran observaciones paralelas del cúmulo de Perseo realizadas por el IXPE (Explorador de Polarimetría de Rayos X de Imágenes) de la NASA y el Observatorio de Rayos X Chandra. Los científicos utilizaron datos de ambos observatorios, junto con datos del Conjunto de Telescopios Espectróscopicos Nucleares (NuSTAR) y el Observatorio Swift de Neil Gehrels, para confirmar las mediciones del cúmulo de galaxias. Rayos X: (Chandra) NASA/CXC/SAO, (IXPE) NASA/MSFC; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N. Wolk y K. Arcand
Fuente IXPE
Un equipo internacional de astrónomos, utilizando el telescopio IXPE (Explorador de Polarimetría de Rayos X) de la NASA, ha identificado el origen de los rayos X en el chorro de un agujero negro supermasivo, respondiendo a una pregunta que ha permanecido sin resolver desde los inicios de la astronomía de rayos X. Sus hallazgos se describen en un artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters, por la Sociedad Astronómica Americana, el 11 de noviembre.
La misión IXPE observó el Cúmulo de Perseo, el cúmulo de galaxias más brillante observable en rayos X, durante más de 600 horas a lo largo de 60 días, entre enero y marzo. Esta no solo es la observación más larga realizada por IXPE de un solo objetivo hasta la fecha, sino que también marca la primera vez que se observa un cúmulo de galaxias.
En concreto, el equipo de científicos estudió las propiedades de polarización de 3C 84, la galaxia activa masiva ubicada en el centro del Cúmulo de Perseo. Esta galaxia activa es una conocida fuente de rayos X y un objetivo común para los astrónomos especializados en rayos X debido a su proximidad y brillo.
Dada la masa del Cúmulo de Perseo, alberga una enorme reserva de gas emisor de rayos X, tan caliente como el núcleo del Sol. El uso de múltiples telescopios de rayos X, en particular la capacidad de imagen de alta resolución del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, fue esencial para desentrañar las señales de los datos de IXPE. Los científicos combinaron estas mediciones de rayos X con datos de la misión del Conjunto de Telescopios Espectróscopicos Nucleares (NuSTAR) de la agencia y del Observatorio Swift de Neil Gehrels.
Datos clave
- Las mediciones de polarización de IXPE proporcionan información sobre la orientación y alineación de las ondas de luz de rayos X emitidas. Cuantas más ondas de rayos X viajen sincronizadas, mayor será el grado de polarización.
- Se cree que los rayos X de una galaxia activa como 3C 84 se originan a partir de un proceso conocido como dispersión Compton inversa, donde la luz rebota en las partículas y gana energía. Las mediciones de polarización de IXPE nos permiten identificar la presencia de dispersión Compton inversa u otros escenarios.
- «Fotones semilla» es el término que se utiliza para la radiación de baja energía que experimenta el proceso de energización de la dispersión Compton inversa.
- Quizás recuerdes el Cúmulo de Perseo por esta sonificación que reproduce el sonido de un agujero negro de mayo de 2022.
“Si bien medir la polarización de 3C 84 fue uno de los objetivos científicos clave, todavía estamos buscando señales de polarización adicionales en este cúmulo de galaxias que podrían ser firmas de una física más exótica”, dijo Steven Ehlert, científico del proyecto IXPE y astrónomo del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville.
“Ya hemos determinado que, en fuentes como 3C 84, los rayos X se originaron por dispersión Compton inversa”, afirmó Ioannis Liodakis, investigador del Instituto de Astrofísica FORTH en Heraclión (Grecia) y autor principal del artículo. “Con las observaciones de IXPE de 3C 84, tuvimos una oportunidad única para determinar las propiedades de los fotones semilla”.
El primer escenario posible para el origen de los fotones semilla se conoce como Compton autogenerado de sincrotrón, donde la radiación de menor energía se origina en el mismo chorro que produce las partículas altamente energéticas.
En el escenario alternativo, conocido como Compton externo, los fotones semilla se originan en fuentes de radiación de fondo no relacionadas con el chorro.
“Los escenarios Compton autogenerado de sincrotrón y Compton externo tienen predicciones muy diferentes para su polarización de rayos X”, afirmó Frederic Marin, astrofísico del Observatorio Astronómico de Estrasburgo (Francia) y coautor del estudio. Cualquier detección de polarización de rayos X en 3C 84 descarta casi de forma definitiva la posibilidad de un Compton externo como mecanismo de emisión.
A lo largo de la campaña de observación de 60 días, telescopios ópticos y radiotelescopios de todo el mundo centraron su atención en 3C 84 para realizar más pruebas entre ambos escenarios.
El IXPE de la NASA midió una polarización neta del 4 % en el espectro de rayos X, con valores comparables medidos en los datos ópticos y de radio. Estos resultados favorecen considerablemente el modelo de auto-Compton del sincrotrón para los fotones semilla, ya que provienen del mismo chorro que las partículas de mayor energía.
“Separar estos dos componentes fue esencial para esta medición y no pudo realizarse con un solo telescopio de rayos X. Sin embargo, al combinar los datos de polarización de IXPE con Chandra, NuSTAR y Swift, pudimos confirmar que esta medición de polarización estaba asociada específicamente con 3C 84”, afirmó Sudip Chakraborty, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Asociación de Investigación Espacial de Universidades en Huntsville, Alabama, y coautor del artículo.
Los científicos continuarán analizando los datos de IXPE de diferentes ubicaciones del Cúmulo de Perseo para detectar diferentes señales.
