De una manera similar a la formación de una alianza para derrotar a la Estrella de la Muerte de Darth Vader, hace más de una década, los astrónomos formaron el consorcio del Telescopio Blazar de la Tierra Entera para comprender el Arma de Rayos de la Muerte de la Naturaleza (alias Y al contrario de su nombre que suena en la puerta de la muerte, El GASP ha demostrado ser crucial para desentrañar los secretos de cómo funciona el "LHC" de la naturaleza.
"Como los aceleradores más grandes del universo, los jets blazar son importantes de entender", dijo el investigador del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC) Masaaki Hayashida, autor correspondiente en el artículo reciente que presenta los nuevos resultados con el astrofísico de KIPAC Greg Madejski. “Pero no se comprende bien cómo se producen y cómo se estructuran. Todavía estamos buscando entender los conceptos básicos ".
Los blazars dominan el cielo de rayos gamma, puntos discretos en el oscuro telón de fondo del universo. A medida que la materia cercana cae en el agujero negro supermasivo en el centro de un blazar, "alimentando" el agujero negro, rocía parte de esta energía hacia el universo como un chorro de partículas.
Los investigadores habían teorizado previamente que tales chorros se mantienen unidos por fuertes zarcillos de campo magnético, mientras que la luz del chorro se crea por partículas que giran en espiral alrededor de estas "líneas" de campo magnético delgadas.
Sin embargo, hasta ahora, los detalles se han entendido relativamente poco. El estudio reciente altera la comprensión predominante de la estructura del avión, revelando una nueva visión de estas bestias misteriosas pero poderosas.
"Este trabajo es un paso significativo hacia la comprensión de la física de estos aviones", dijo el director de KIPAC, Roger Blandford. "Es este tipo de observación la que nos permitirá descubrir su anatomía".
Durante un año completo de observaciones, los investigadores se centraron en un jet blazar particular, 3C279, ubicado en la constelación de Virgo, monitoreándolo en muchas bandas de ondas diferentes: rayos gamma, rayos X, ópticos, infrarrojos y radio. Blazars parpadea continuamente, y los investigadores esperaban cambios continuos en todas las bandas de ondas. Sin embargo, a mediados de año, los investigadores observaron un cambio espectacular en la emisión óptica y de rayos gamma del avión: una llamarada de rayos gamma de 20 días de duración estuvo acompañada por un cambio dramático en la luz óptica del avión.
Aunque la mayor parte de la luz óptica no está polarizada, que consiste en luz con una mezcla igual de todas las polarizaciones, la flexión extrema de las partículas energéticas alrededor de una línea de campo magnético puede polarizar la luz. Durante la llamarada de rayos gamma de 20 días, la luz óptica del chorro cambió su polarización. Esta conexión temporal entre los cambios en la luz de rayos gamma y los cambios en la polarización óptica sugiere que la luz en ambas bandas de ondas se crea en la misma parte del chorro; Durante esos 20 días, algo en el entorno local cambió para causar variaciones tanto en la luz óptica como en la de los rayos gamma.
“Tenemos una idea bastante buena de dónde se crea la luz óptica del chorro; ahora que sabemos que los rayos gamma y la luz óptica se crean en el mismo lugar, podemos determinar por primera vez de dónde provienen los rayos gamma ", dijo Hayashida.
Este conocimiento tiene implicaciones de largo alcance sobre cómo un agujero negro supermasivo produce chorros polares. La gran mayoría de la energía liberada en un chorro escapa en forma de rayos gamma, y los investigadores pensaron previamente que toda esta energía debe liberarse cerca del agujero negro, cerca de donde la materia que fluye hacia el agujero negro cede su energía en el primer lugar. Sin embargo, los nuevos resultados sugieren que, al igual que la luz óptica, los rayos gamma se emiten relativamente lejos del agujero negro. Esto, dijeron Hayashida y Madejski, a su vez sugiere que las líneas del campo magnético deben ayudar de alguna manera a que la energía viaje lejos del agujero negro antes de que se libere en forma de rayos gamma.
"Lo que encontramos fue muy diferente de lo que esperábamos", dijo Madejski. “Los datos sugieren que los rayos gamma se producen no uno o dos días luz desde el agujero negro [como se esperaba] sino más cerca de un año luz. Eso es sorprendente ".
Además de revelar dónde se produce la luz del chorro, el cambio gradual de la polarización de la luz óptica también revela algo inesperado sobre la forma general del chorro: el chorro parece curvarse a medida que se aleja del agujero negro.
"En un momento durante un destello de rayos gamma, la polarización giró unos 180 grados a medida que la intensidad de la luz cambió", dijo Hayashida. "Esto sugiere que todo el jet se curva".
Esta nueva comprensión del funcionamiento interno y la construcción de un jet blazar requiere un nuevo modelo de trabajo de la estructura del jet, en el que el jet se curva dramáticamente y la luz más enérgica se origina lejos del agujero negro. Aquí, dijo Madejski, es donde entran los teóricos. "Nuestro estudio plantea un desafío muy importante para los teóricos: ¿cómo construirías un avión que podría estar llevando energía tan lejos del agujero negro? ¿Y cómo podríamos detectar eso? Tener en cuenta las líneas del campo magnético no es simple. Los cálculos relacionados son difíciles de hacer analíticamente y deben resolverse con esquemas numéricos extremadamente complejos ".
El teórico Jonathan McKinney, becario de la Universidad de Stanford Einstein y experto en la formación de chorros magnetizados, está de acuerdo en que los resultados plantean tantas preguntas como respuestas. "Ha habido una controversia desde hace mucho tiempo acerca de estos aviones, sobre exactamente de dónde proviene la emisión de rayos gamma. Este trabajo limita los tipos de modelos de jet que son posibles ", dijo McKinney, quien no está asociado con el estudio reciente. "Desde el punto de vista de un teórico, estoy entusiasmado porque significa que debemos repensar nuestros modelos".
Mientras los teóricos consideran cómo las nuevas observaciones se ajustan a los modelos de cómo funcionan los aviones, Hayashida, Madejski y otros miembros del equipo de investigación continuarán recopilando más datos. "Existe una clara necesidad de realizar tales observaciones en todos los tipos de luz para comprender esto mejor", dijo Madejski. “Se necesita una gran cantidad de coordinación para lograr este tipo de estudio, que incluyó a más de 250 científicos y datos de aproximadamente 20 telescopios. Pero vale la pena."
Con este y futuros estudios de múltiples longitudes de onda, los teóricos tendrán una nueva visión con la que elaborar modelos de cómo funcionan los aceleradores más grandes del universo. A Darth Vader se le ha negado todo acceso a estos resultados de investigación.
Fuentes: Comunicado de prensa del Laboratorio Nacional de Aceleradores del DOE / SLAC, documento publicado en la edición del 18 de febrero de 2010 de Nature.
