Nuevos hallazgos cuestionan el modelo de aceleración de partículas

Europa Press. La aceleración de partículas en cuestión. Hace relativamente poco se descubrió que los chorros de los agujeros negros emiten rayos X, pero cómo aceleran las partículas hasta este estado de alta energía sigue siendo un misterio.

Ahora nuevos y sorprendentes hallazgos, publicados en ‘Nature Astronomy’, parecen descartar una de las principales teorías y abren la puerta a una nueva forma de imaginar cómo funciona la aceleración de partículas en los chorros, y posiblemente también en otros lugares del universo.

Uno de los principales modelos sobre la generación de rayos X en los chorros prevé que sus emisiones permanezcan estables a largo plazo (millones de años). Sin embargo, en el nuevo estudio se ha observado que las emisiones de rayos X de un número estadísticamente significativo de chorros varían a lo largo de unos pocos años.

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“Una de las razones por las que estamos entusiasmados con la variabilidad es que existen dos modelos principales sobre 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 (Estados Unidos)-. 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 disponía de múltiples observaciones, lo que supuso 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 no se esperaba en absoluto”, afirma Meyer.

Además de suponer la estabilidad de las emisiones de rayos X a lo largo del tiempo, la teoría más sencilla sobre cómo generan rayos X los chorros supone que la aceleración de partículas se produce en el centro de la galaxia, en el “motor” del agujero negro que impulsa el chorro.

Sin embargo, el nuevo estudio ha detectado cambios rápidos en las emisiones de rayos X a lo largo de los chorros. Esto sugiere que la aceleración de partículas se produce a lo largo de todo el chorro, a grandes distancias de su origen en el agujero negro.

“Existen teorías sobre cómo podría funcionar esto, pero muchas de las teorías con las que hemos estado trabajando son ahora claramente incompatibles con nuestras observaciones”, señala Meyer.

Curiosamente, los resultados también sugieren que los chorros más cercanos a la Tierra presentan más variabilidad que los más lejanos. Estos últimos están tan lejos que, para cuando la luz procedente de ellos llega al telescopio, es como mirar atrás en el tiempo.

Para Meyer tiene sentido que los chorros más antiguos tengan menos variabilidad. En épocas anteriores de la historia del universo, éste era más pequeño y la radiación ambiental era mayor, lo que, según los investigadores, podría dar lugar a una mayor estabilidad de los rayos X en los chorros.

A pesar de la extraordinaria resolución de imagen de Chandra, el conjunto de datos planteó importantes retos. Chandra observó algunos de los focos de variabilidad con sólo un puñado de fotones de rayos X.

Además, la variabilidad en la producción de rayos X en un chorro determinado solía ser de unas decenas de puntos porcentuales. Para evitar contabilizar involuntariamente la aleatoriedad como variabilidad real, Meyer colaboró con estadísticos de la Universidad de Toronto (Canadá) y del Imperial College de Londres (Reino Unido).

“Sacar este resultado de los datos fue casi como un milagro, porque las observaciones no estaban diseñadas para detectarlo -asegura Meyer-. El análisis del equipo sugiere que entre el 30% y el 100% de los chorros del estudio mostraron variabilidad en escalas temporales cortas. Aunque nos gustaría tener más datos la variabilidad no es nula”, añade.

Los nuevos hallazgos abren importantes agujeros en una de las principales teorías sobre la producción de rayos X en los chorros de los agujeros negros, y Meyer espera que el artículo estimule futuros trabajos. “Esperemos que esto suponga una verdadera llamada de atención a los teóricos para que analicen este resultado y propongan un modelo de chorro”, concluye.

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