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24 de febrero de 2021

Astrofísica - Cuásares, ¿el origen de los enigmáticos neutrinos cósmicos de alta energía?



Los neutrinos son diminutas partículas elementales con una masa apenas superior a cero. Pueden atravesar el universo sin interactuar con la materia ni ser refrenados por esta. Millones de neutrinos atraviesan cada segundo a cada uno de los habitantes de la Tierra, sin que nos demos cuenta. Por todo ello, estas partículas suelen pasar completamente desapercibidas.

Sin embargo, con detectores adecuados, cuyas características requieren que sean muy voluminosos, es factible captar la llegada de algunos neutrinos. Un ejemplo de detector de esta clase es el IceCube, construido en la Antártida y que tiene un volumen de 1 kilómetro cúbico, casi todo bajo la superficie. Otro ejemplo es el telescopio subacuático de neutrinos del lago Baikal en Rusia, cuya última versión, la Baikal-GVD, está en la fase final de construcción, ocupando ya 0,4 kilómetros cúbicos. Estas instalaciones escrutan el cielo en diferentes hemisferios: Norte y Sur.

Tras examinar los datos recogidos durante 7 años en el IceCube, los científicos optaron inicialmente por analizar aquellos cuya energía está por encima de los 200 teraelectronvoltios (TeV) a fin de intentar averiguar de qué dirección procedían estos neutrinos. Resultó que una parte importante de ellos proviene de los cuásares, identificados por los radiotelescopios por su elevado brillo. Más concretamente, los neutrinos de cada cuásar nacieron en algún lugar del centro de este. Cada cuásar tiene en su centro un agujero negro masivo. El tirón gravitatorio y otros efectos atraen materia hacia el disco de acreción, y también se generan eyecciones ultrarrápidas de gas muy caliente. Además, existe una conexión entre los potentes estallidos de ondas de radio de estos cuásares y el registro de ráfagas de neutrinos por parte del detector IceCube. Dado que los neutrinos viajan por el universo a la velocidad de la luz, los estallidos de ondas de radio llegan a nosotros al mismo tiempo que los neutrinos.




Comprobaciones finales a un componente del Baikal GVD antes de ser incorporado a este en las profundidades del lago Baikal. (Foto: Bair Shaybonov)

Ahora, el equipo de Sergey Troitsky, del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias, y Yuri Kovalev, de Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) en Rusia, ha llegado a la conclusión, en un estudio publicado en la revista académica The Astrophysical Journal, de que los neutrinos con energías del orden de decenas de teraelectronvoltios también son emitidos por los cuásares. En consecuencia, resulta que casi todos los neutrinos astrofísicos de alta energía nacen en los cuásares. Nótese que, además de ellos, hay neutrinos que nacen en la atmósfera terrestre, e incluso en el propio detector Ice Cube durante la interacción de los rayos cósmicos con la materia. Además, otros neutrinos corrientes provienen del Sol e incluso de centrales nucleares.

En los próximos meses, los científicos rusos recogerán los primeros datos del telescopio de neutrinos Baikal GVD y los analizarán junto con los datos del RATAN-600 (uno de los radiotelescopios más grandes del mundo) y de las redes mundiales de radiotelescopios, lo que les permitirá examinar en detalle los centros de los cuásares. Todo hace prever que se harán descubrimientos fascinantes al respecto. 

18 de mayo de 2015

Los astrónomos, asombrados por el hallazgo del primer cuásar cuádruple

Instituto Max Planck de Astronomía
 
Un equipo de astrónomos del Instituto Max Planck de Astronomía ha descubierto cuatro agujeros negros activos y muy cercanos entre sí


Un equipo de astrónomos dirigido por Joseph Hennawi, del Instituto Max Planck de Astronomía, acaba de descubrir el primer cuásar cuádruple conocido. O lo que es lo mismo: cuatro agujeros negros activos y muy cercanos entre sí. El inusual cuarteto reside en una de las estructuras más masivas jamás descubiertas en el Universo lejano, y está rodeado por una gigantesca nebulosa de gas denso y frío.

El hecho de que sólo exista una posibilidad entre diez millones de hacer un descubrimiento semejante es algo que, seguramente, obligará a los cosmólogos a revisar sus modelos sobre la evolución de los cuasares y la formación de las estructuras cósmicas más masivas. Los resultados de la investigación se han publicado en «Science».

Los cuasares constiyuyen una breve etapa de la evolución de las galaxias, y se alimentan de la materia que cae en los agujeros negros supermasivos que hay en los centros galácticos. Pero durante esta breve fase, los cuasares son los objetos más luminosos de todo el Universo, cientos de veces más brillantes que las galaxias a las que pertenecen, a pesar de que éstas contengan cientos de miles de millones de estrellas.

Estos periodos de «súper luminosidad», sin embargo, suponen apenas una pequeña fracción de la vida de una galaxia. Y es por eso que descubrir un cuásar se considera una gran suerte entre los investigadores. Los cuasares, en efecto, son muy raros de ver, y además suelen estar separados por distancias de cientos de millones de años luz los unos de los otros. Por eso, un cuásar cuádruple podría considerarse como el equivalente espacial de un trébol de cuatro hojas. Y las posibilidades de descubrir uno de han estimado en apenas una entre diez millones.

¿Cómo es posible que los científicos hayan sido tan afortunados en esta ocasión? La respuesta, probablemente, viene del entorno que rodea a este singular cuarteto. Los cuatro cuasares están rodeados por una gigantesca nebulosa de hidrógeno muy denso y frío, que emite luz debido a la radiación que recibe de los propios cuasares. Además, tanto el cuarteto como la nebulosa residen, a su vez, en un extraño rincón del Universo en el que existe una cantidad sorprendentemente grande de materia. «Hay en esta región varios cientos de veces más galaxias de las que se eperaría ver a esas distancias», asegura J. Xavier Prochaska, de la Universidad de California en Santa Cruz y director de la investigación en el Observatorio Keck, en Hawaii.

Dado el número excepcionalmente alto de galaxias, la zona se parece a las aglomeraciones galácticas de la actualidad, conocidas como cúmulos, y que se dan en el Universo actual. Un tipo de agrupación que, sin embargo, no existía aún en el joven Universo a 10.000 millones de años luz, que es la distancia a la que se encuentra el sistema de nosotros. Según los investigadores, «si te encuentras con algo que, según la visión científica, es altamente improbable, solo puedes llegar a una de estas dos conclusiones: o has tenido mucha suerte, o necesitas modificar tus teorías».

Una de las posibiles explicaciones es que los cuasares se produzcan cuando las galaxias colisionan o se fusionan entre sí, ya que estas interacciones son lo suficientemente violentas como para canalizar grandes cantidades de gas hacia los agujeros negros centrales. Y es mucho más facil que tales encuentros se produzcan donde el número de galaxias es mayor. Los agujeros negros supermasivos, de hecho, solo pueden brillar en forma de cuásar si pueden «devorar» una cantidad suficiente de gas.

Por otra parte, y dado el conocimiento actual que tienen los científicos sobre la formación de estructuras tan masivas como esta, la presencia de esta gigantesca nebulosa en este pobladísimo y remoto territorio galáctico resulta totalmente inesperada. Por eso, los cosmólogos se enfrentan ahora a un nuevo rompecabezas por resolver. Y es más que probable que tengan que revisar, una vez más, los modelos en los que se basa nuestra comprensión del Universo.
 
 
Fuentes: ABC.es

28 de octubre de 2014

Descubren un nuevo método para medir agujeros negros y cuásares

alphagalileo.org
Observaciones realizadas por el Very Large Telescope del polvo que rodea al gigantesco agujero negro del centro de una galaxia activa

La investigación abre una nueva ventana a la comprensión del Universo temprano

Los cuásares, descubiertos hace apenas 50 años, presentan serias dificultades para su estudio. Considerados los astros más luminosos del Universo, los cuásares nacen de la colisión de dos galaxias, como han confirmado las imágenes enviadas por el telescopio espacial Hubble.


Alimentados por la energía que se desprende de esta colisión y del material galáctico circundante, un cuásar crece en el centro de la nueva galaxia hasta convertirse en un objeto celeste tan brillante que puede ser detectado a distancias superiores a 10.000 millones de años luz.

Ahora, y gracias a las investigaciones realizadas por las mexicanas Alenka Negrete (UNAM / INAOE) y Deborah Dultzin (UNAM), los cuásares se podrán investigar con mayor precisión. Ambas han ideado un nuevo método que permite analizar los cuásares y agujeros negros más lejanos y, por tanto, más antiguos.

Su investigación parte de la base de que en la Astrofísica existe la idea de que un gran agujero negro se sitúa en el centro de las galaxias con núcleo activo, capaz de emitir más radiación electromagnética que el resto de la galaxia. 
Este gran agujero negro, por efecto de la gravedad, atrae material hacia sí con una velocidad cercana a los 3.000 Km/s. Las partículas subatómicas (fotones en este caso) que viajan a gran velocidad, chocan con los electrones de los átomos circundantes e ionizan las nubes de gas de estas galaxias, en un proceso conocido como fotoionización.

Éste ha sido el punto de partida de la investigación de Alenka Negrete y Deborah Dultzin que, midiendo la fotoionización, han logrado hacer relaciones matemáticas para medir la densidad eléctrica y masa de los agujeros negros. Para realizar las observaciones se utilizó el observatorio astronómico de luz visible más avanzado del mundo, el europeo Very Large Telescope, situado en el desierto de Atacama (Chile).

Este nuevo método de medición, según comentan las científicas a «alphagalileo.org», es consecuente con lo predicho con otras técnicas y tiene el potencial de ser aplicado en muchos más cuásares que las metodologías convencionales.

Según apunta la Dra. Negrete «la manera más usual para medir propiedades físicas de galaxias y agujeros negros es el método de reverberación, que se basa en medir la distancia del centro de la galaxia a la nube de partículas», midiendo el tiempo que tarda viajar al exterior un haz de luz emitido en el centro. 
Las limitaciones de este método radican en que sólo permite analizar objetos cercanos y en que «consume mucho trabajo y tiempo de observación», asegura la Dra. Dultzin.

El nuevo camino para medir características en cuásares no sólo hace posible una medición más rápida, sino también observar cuásares mucho más lejanos. Esto es posible porque los cuásares «son los objetos más distantes que se conocen en el universo. 
Son también los objetos más brillantes y luminosos, tanto que si una galaxia como la nuestra se situara cerca de un cuásar no sería visible. Estos objetos tienen una fuente de energía diferente a la que hace brillar a las estrellas , que se cree tiene su origen en los gases que succiona un gigantesco hoyo negro», afirma Deborah Dultzin.

La lejanía de los astros es directamente proporcional a su antigüedad, es decir, los astros más lejanos son los más antiguos. Es por ello que la investigación de las doctoras Negrete y Dultzin, entre otros, implica una especial relevancia, ya que ha abierto una nueva ventana a la comprensión del universo temprano.
 
 
Fuentes. ABC.es