La misión XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) ha revelado la estructura, el movimiento y la temperatura del material que rodea un agujero negro supermasivo y un remanente de supernova con un detalle sin precedentes. Los astrónomos presentaron hoy los primeros resultados científicos del nuevo telescopio de rayos X, menos de un año después del lanzamiento del telescopio.
¿Qué tienen en común un agujero negro gigantesco y los restos de una estrella masiva que explotó? Ambos son fenómenos celestes espectaculares en los que un gas extremadamente caliente produce una luz de rayos X muy energética que XRISM puede ver.
En sus primeros resultados publicados, XRISM, una misión dirigida por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) con la participación de la ESA, muestra sus capacidades únicas para revelar la velocidad y la temperatura del gas caliente chisporroteante, llamado plasma, y las estructuras tridimensionales del material que rodea un agujero negro y una estrella que explotó.
La investigación se publica en el servidor de preimpresión arXiv.
«Estas nuevas observaciones aportan información crucial para entender cómo crecen los agujeros negros al capturar la materia que los rodea, y ofrecen una nueva perspectiva sobre la vida y la muerte de las estrellas masivas. Demuestran la capacidad excepcional de la misión para explorar el universo de alta energía», afirma Matteo Guainazzi, científico del proyecto XRISM de la ESA.
Remanente de supernova N132D
En una de sus observaciones de «primera luz», XRISM se centró en N132D, un remanente de supernova situado en la Gran Nube de Magallanes, a unos 160.000 años luz de la Tierra. Esta «burbuja» interestelar de gas caliente fue expulsada por la explosión de una estrella muy masiva hace aproximadamente 3.000 años.
Utilizando su instrumento Resolve, XRISM descubrió en detalle la estructura alrededor de N132D. Contrariamente a las suposiciones anteriores de que se trataba de una simple envoltura esférica, los científicos descubrieron que el remanente de N132D tiene forma de rosquilla. Utilizando el efecto Doppler, midieron la velocidad a la que el plasma caliente del remanente se mueve hacia o desde nosotros, y establecieron que éste se expande a una velocidad aparente de alrededor de 1200 km/s.
Resolve también reveló que el remanente contiene hierro que tiene una temperatura extraordinaria de 10 mil millones de grados Kelvin. Los átomos de hierro se calentaron durante la explosión de la supernova a través de violentas ondas de choque que se propagaron hacia el interior, un fenómeno que había sido predicho por la teoría, pero nunca observado antes.
Los remanentes de supernova como N132D contienen pistas importantes sobre cómo evolucionan las estrellas y cómo se generan y se propagan en el espacio interestelar elementos (pesados) que son esenciales para nuestra vida, como el hierro. Sin embargo, los observatorios de rayos X anteriores siempre han tenido dificultades para revelar cómo se distribuían la velocidad y la temperatura del plasma.
Agujero negro supermasivo en la galaxia NGC 4151
XRISM también ha arrojado nueva luz sobre la misteriosa estructura que rodea a un agujero negro supermasivo. Centrándose en la galaxia espiral NGC 4151, ubicada a 62 millones de años luz de nosotros, las observaciones de XRISM ofrecen una vista sin precedentes del material muy cercano al agujero negro central de la galaxia, que tiene una masa 30 millones de veces la del Sol.
XRISM capturó la distribución de la materia que gira y finalmente cae en el agujero negro en un amplio radio, que abarca desde 0,001 a 0,1 años luz, es decir, desde una distancia comparable a la separación entre el Sol y Urano hasta 100 veces esa.
Al determinar los movimientos de los átomos de hierro a partir de su firma de rayos X, los científicos trazaron una secuencia de estructuras que rodean al agujero negro gigante: desde el disco que «alimenta» al agujero negro hasta el toro en forma de rosquilla.
Estos hallazgos proporcionan una pieza vital del rompecabezas para comprender cómo crecen los agujeros negros al devorar la materia circundante.
Aunque las observaciones de radio e infrarrojos han revelado la presencia de un toro en forma de rosquilla alrededor de los agujeros negros en otras galaxias, la técnica espectroscópica de XRISM es la primera y, actualmente, la única forma de rastrear cómo se forma y se mueve el gas cerca del «monstruo» central.
Mirando hacia el futuro: futuras observaciones y descubrimientos
En los últimos meses, el equipo científico de XRISM ha trabajado diligentemente para establecer el rendimiento de los instrumentos y refinar los métodos de análisis de datos observando 60 objetivos clave. Al mismo tiempo, se seleccionaron 104 nuevos conjuntos de observaciones de las más de 300 propuestas presentadas por científicos de todo el mundo.
XRISM realizará observaciones basadas en las propuestas exitosas durante el próximo año; gracias a su excepcional rendimiento en órbita, que superó incluso las expectativas iniciales, esto promete muchos más descubrimientos emocionantes por venir.
Con información de arXiv
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