Los rayos gamma de una galaxia enana resuelven un rompecabezas astronómico


Una mancha brillante conocida como «el capullo», que parece estar dentro de una de las enormes emanaciones de rayos gamma del centro de nuestra galaxia denominadas «burbujas de Fermi», ha desconcertado a los astrónomos desde que se descubrió en 2012.

En una nueva investigación publicada en Nature Astronomy, mostramos que el capullo es causado por rayos gamma emitidos por estrellas extremas de giro rápido llamadas «púlsares de milisegundos» ubicadas en la galaxia enana de Sagitario, que orbita la Vía Láctea. Si bien nuestros resultados aclaran el misterio del capullo, también ensombrecen los intentos de buscar materia oscura en cualquier resplandor de rayos gamma que pueda emitir.

Ver con rayos gamma

Afortunadamente para la vida en la Tierra, nuestra atmósfera bloquea los rayos gamma. Se trata de partículas de luz con energías más de un millón de veces superiores a los fotones que detectamos con nuestros ojos.

Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Debido a que nuestra vista a nivel del suelo está oscurecida, los científicos no tenían idea de la riqueza del cielo de rayos gamma hasta que los instrumentos fueron lanzados al espacio. Pero, comenzando con los descubrimientos fortuitos realizados por los satélites Vela (puestos en órbita en la década de 1960 para monitorear la Prohibición de Pruebas Nucleares), se ha revelado más y más de esta riqueza.

El instrumento de rayos gamma de última generación que opera hoy en día es el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, una gran misión de la NASA en órbita durante más de una década. La capacidad de Fermi para resolver detalles finos y detectar fuentes débiles ha descubierto una serie de sorpresas sobre nuestra Vía Láctea y el cosmos más amplio.

burbujas misteriosas

Una de estas sorpresas surgió en 2010, poco después del lanzamiento de Fermi: algo en el centro de la Vía Láctea está soplando lo que parecen un par de burbujas gigantes que emiten rayos gamma. Estas «burbujas de Fermi» completamente imprevistas cubren completamente el 10% del cielo.

Un sospechoso principal de la fuente de las burbujas es el agujero negro supermasivo residente de la galaxia. Este gigante, 4 millones de veces más masivo que el sol, acecha en el núcleo galáctico, la región de donde emanan las burbujas.

La mayoría de las galaxias albergan agujeros negros gigantes en sus centros. En algunos, estos agujeros negros están tragando materia activamente. Así alimentados, arrojan simultáneamente «chorros» gigantes visibles a través del espectro electromagnético.

Por lo tanto, una pregunta que se hicieron los investigadores después del descubrimiento de las burbujas: ¿podemos encontrar una prueba irrefutable que las vincule al agujero negro supermasivo de nuestra galaxia? Pronto, surgieron pruebas tentativas: había un indicio, dentro de cada burbuja, de un delgado chorro de rayos gamma que apuntaba hacia el centro galáctico.

Sin embargo, con el tiempo y más datos, esta imagen se volvió turbia. Si bien se confirmó la característica similar a un chorro en una de las burbujas, el chorro aparente en la otra pareció evaporarse bajo el escrutinio.

Las burbujas se veían extrañamente torcidas: una contenía un punto brillante alargado, el «capullo», sin equivalente en la otra burbuja.

El capullo y de dónde viene

Nuestro trabajo reciente en Nature Astronomy es un examen profundo de la naturaleza del «capullo». Sorprendentemente, descubrimos que esta estructura no tiene nada que ver con las burbujas de Fermi o, de hecho, con el agujero negro supermasivo de la galaxia.

Más bien, descubrimos que el capullo es en realidad algo completamente diferente: rayos gamma de la galaxia enana de Sagitario, que se encuentra detrás de la burbuja del sur vista desde la posición de la Tierra.

La enana de Sagitario, llamada así porque su posición en el cielo está en la constelación de Sagitario, es una galaxia «satélite» que orbita alrededor de la Vía Láctea. Es el remanente de una galaxia mucho más grande que el fuerte campo gravitatorio de la Vía Láctea literalmente ha destrozado. De hecho, las estrellas extraídas de la enana de Sagitario se pueden encontrar en «colas» que envuelven todo el cielo.

¿Qué está produciendo los rayos gamma?

En la Vía Láctea, la principal fuente de rayos gamma es cuando las partículas de alta energía, llamadas rayos cósmicos, chocan con el gas muy tenue entre las estrellas.

Sin embargo, este proceso no puede explicar los rayos gamma emitidos por el enano de Sagitario. Hace mucho tiempo perdió su gas por el mismo acoso gravitatorio que arrastró a tantas de sus estrellas.

Entonces, ¿de dónde vienen los rayos gamma?

Consideramos varias posibilidades, incluida la emocionante posibilidad de que sean una firma de la materia oscura, la sustancia invisible conocida solo por sus efectos gravitatorios que, según los astrónomos, constituye gran parte del universo. Desafortunadamente, la forma del capullo coincide con la distribución de las estrellas visibles, lo que descarta la materia oscura como origen.

De una forma u otra, las estrellas fueron las responsables de los rayos gamma. Y sin embargo: las estrellas del enano Sagitario son viejas y están inactivas. ¿Qué tipo de fuente entre esa población produce rayos gamma?

Púlsares de milisegundos

Estamos convencidos de que solo hay una posibilidad: objetos que giran rápidamente llamados «púlsares de milisegundos». Estos son los remanentes de estrellas particulares, significativamente más masivas que el sol, que también orbitan cerca de otra estrella.

En las circunstancias adecuadas, tales sistemas binarios producen una estrella de neutrones, un objeto tan pesado como el sol pero de solo unos 20 km de diámetro, que gira cientos de veces por segundo.

Esquema que muestra la Vía Láctea, las Burbujas de Fermi que emiten rayos gamma (rosa) y la galaxia enana de Sagitario y sus colas (amarillo/verde). Desde la posición del sol, vemos a la enana de Sagitario a través de la burbuja de Fermi del sur. Crédito: Aya Tsuboi, Kavli IPMU, autor proporcionado

Debido a su rápida rotación y fuerte campo magnético, estas estrellas de neutrones actúan como aceleradores de partículas naturales: lanzan partículas al espacio con una energía extremadamente alta.

Estas partículas luego emiten rayos gamma. Descubrimos que los púlsares de milisegundos en la enana de Sagitario fueron la fuente última del misterioso capullo.

La caza de la materia oscura

Nuestros hallazgos arrojan nueva luz (juego de palabras) sobre los púlsares de milisegundos como fuentes de rayos gamma en otros sistemas estelares antiguos.

Al mismo tiempo, también ensombrecen los esfuerzos por encontrar evidencia de materia oscura a través de observaciones de otras galaxias satélite de la Vía Láctea; desafortunadamente, hay un «fondo» más fuerte de rayos gamma de púlsares de milisegundos en estos sistemas de lo que se creía anteriormente.

Por lo tanto, cualquier señal que produzcan podría no interpretarse sin ambigüedades como debida a la materia oscura.

La búsqueda de señales de materia oscura continúa.

Con información de Phys.org

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