Anatomía de precisión del jet de un agujero negro supermasivo

La astronomía en rayos gamma estudia los objetos más energéticos del universo y, desde sus comienzos hace apenas medio siglo, ha lidiado con un problema grave, que consiste en determinar de forma precisa y fidedigna la región de donde procede la radiación que llega a los detectores de rayos gamma, lo que permite a su vez averiguar el mecanismo a través del que se produce.

Ahora, un grupo internacional liderado por astrónomos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha localizado, por primera vez sin la aplicación de modelos y con un grado de confianza superior al 99,7%, la región de la que surgió un destello en rayos gamma en el blázar AO 0235+164 y que permite conocer cómo se produjo.

Cuando se habla de blázares, el adjetivo “extremo” es inevitable. Los blázares combinan los rasgos esenciales de la familia de objetos a la que pertenecen (los núcleos de galaxias activas), es decir, la presencia de un agujero negro supermasivo de hasta miles de millones de masas solares rodeado de un disco de gas, con la presencia de jets relativistas, o chorros de partículas perpendiculares al disco que viajan a velocidades cercanas a la de la luz y que desde nuestra posición vemos casi de frente, por lo que su intensidad puede multiplicarse entre centenares y miles de veces.

“Este trabajo es en cierto sentido rompedor porque estaba ampliamente aceptado que los rayos gamma se producen en una región del jet muy cercana al agujero negro, a menos de tres años luz, y hemos hallado que en este caso el destello se produjo decenas veces más lejos. Además lo localizamos en los chorros relativistas, lo que implica la revisión de los modelos de emisión de altas energías en este tipo de objeto”, destaca Iván Agudo, investigador del IAA-CSIC que encabeza el estudio. “Además, hemos obtenido los resultados exclusivamente mediante el análisis de datos y sin modelos, lo que aporta robustez a las conclusiones”.

Cronología del destello

Este trabajo ha empleado un método que combina datos en casi todas las longitudes de onda disponibles con instrumentos astronómicos y que permite establecer una cronología del evento, que comienza con un aumento de la emisión en radio y microondas de AO 0235+164 que fue detectada con el VLBA (Very Large Baseline Array).

Este instrumento, que aporta una resolución inigualable, muestra cómo, junto al núcleo de emisión del chorro, surge una segunda región de emisión, que los astrónomos atribuyen a la inyección repentina de material en el chorro. El aumento en la emisión en radio viene acompañado de estallidos a lo largo de todo el espectro electromagnético, desde ondas milimétricas hasta rayos gamma pasando por el óptico.

El grupo investigador debía comprobar que estos destellos, que aparentemente guardaban relación estaban, en efecto, interconectados. Y lo confirmaron con un grado de confianza superior al 99,7%. A partir de ahí ataron cabos: los datos del VLBA situaban el pico de emisión en radio en una región a unos cuarenta años luz del agujero negro, de modo que buscaron un mecanismo que pudiera producir el destello en rayos gamma en las proximidades.

Ese mecanismo maneja la existencia de dos “piezas”, una estática (el chorro) y otra en movimiento (correspondiente a la nueva inyección de material), y de una región del chorro que, debido a la interacción con el medio circundante, reconfina el material del chorro, acelera las partículas y produce un aumento de la energía emitida. Cuando la nueva componente atraviesa esa región (denominada onda de recolimación), comienzan a producirse los destellos observados.

El origen de los rayos gamma

En particular, el destello de rayos gamma se produce por la interacción entre los fotones en óptico y los electrones del chorro a través del efecto Compton inverso: un fotón colisiona con un electrón y del choque resultan un electrón con menos energía de la inicial y un fotón más energético (rayo gamma).

“Existen varias regiones en el núcleo activo de una galaxia donde tenemos fotones en óptico que podrían desencadenar este efecto, pero el tipo de correlación entre las curvas de luz del destello en el óptico y del destello en rayos gamma indica sin lugar a dudas que el origen de los rayos gamma se localiza en el propio chorro” concluye Iván Agudo (IAA-CSIC). “Así que hemos sido capaces de determinar no solo la localización del destello en rayos gamma, sino también el mecanismo que lo desencadena”.