26 de febrero de 2007

El agujero negro de la Vía Láctea puede ser un colosal acelerador de partículas

Imagen: Sarah Ballantyne

Astrofísicos de la Universidad de Arizona, del Laboratorio Nacional Los Alamos, en Estados Unidos, y de la Universidad de Adelaida, en Australia, han descubierto un mecanismo mediante el cual el agujero negro que se hospeda en el centro de la Vía Láctea produciría rayos gamma de alta energía.

Los científicos habían descubierto estos rayos gamma provenientes del centro de nuestra galaxia desde el año del 2004, y que tienen una energía de decenas de billones de electronvoltios. El agujero negro de nuestra galaxia podría trabajar como un cósmico acelerador de partículas, haciendo que los protones que tienen velocidades increíbles se conviertan en protones de baja energía y crear también rayos gamma de alta energía.

El astrofísico David Ballantyne señala "Es algo similar a lo que producen los experimentos de física de partículas realizados con el Large Hadron Collider construído por CERN. Cuando esté completo el Large Hadron Collider, en Suiza, será capaz de acelerar protones hasta siete billones de electronvoltios. El agujero negro de la Vía Láctea envía protones a energías de al menos 100 billones de electronvoltios, reporta el equipo de científicos. Ballantyne explica, "Nuestro agujero negro es bastante inactivo cuando lo comparamos con agujeros negros masivos en otras galaxias". Ballantyne colabora con el Profesor en Astrofísica de la Universidad de Arizona, Fulvio Melia, en el presente estudio que es publicado en el Astrophysical Journal Letters.

Por algunos años, Melia ha desarrollado una teoría para explicar qué es lo que pasa muy cerca del agujero negro de la Vía Láctea. Melia y su grupo han encontrado que campos magnéticos caóticos y poderosos aceleran protones y otras partículas cercanas al agujero negro a energías extremadamente grandes. Melia señala: "El objeto supermasivo central en nuestra galaxia, es una constante fuente de sorpresas desde que se descubrió, 30 años atrás. Es el agujero negro mejor estudiado en el Universo, pero esto ha sido en forma lenta pero segura. Ahora encontramos que esta aparente quietud rebasa por mucho el espectro del poder real que genera dentro de su horizonte de eventos, el punto del que no hay retorno".

Melia agrega: "El agujero negro de la Vía Láctea es uno de los aceleradores de partículas más energéticos en la galaxia, donde atrapa plasma magnetizado que posteriormente nos envía como protones a velocidades enormes".

Ballantyne usó mapas detallados y reales del gas interestelar que se extiende 10 años luz más allá del agujero negro, para modelar si los protones acelerados son lanzados desde el centro galáctico y producir, además, rayos gamma. Calculamos muy exactamente cómo los protones viajan en este medio considerando, específicamente, la fuerza magnética que cambia las trayectorias de los protones". El equipo calculó 222.000 trayectorias de protones para un estudio estadísticamente sólido.

Aún cuando los protones se desplazan cercanos a la velocidad de la Luz, su movimiento es aleatorio y puede tomar miles de años para que las partículas viajen más allá de 10 años luz del agujero negro. Después que los protones de alta energía escapan del área de influencia del agujero negro, estos vuelven hacia el medio interestelar, cuando colisionan con protones de baja energía (gas hidrógeno) pasa a ser partículas conocidas como "piones". Estas partículas de materia rápidamente decaen a los rayos gamma de alta energía, como otra energía que viaja en todas direcciones.

Ballantyne, Malia y sus colegas encontraron que este proceso puede explicar el espectro de energía y el brillo de la emisión de rayos gamma que los astrónomos observan. Los investigadores detectaron la emisión de rayos gamma de alta energía, con telescopios terrestres localizados en Namibia, África, el Observatorio Whipple, en el Sudeste de Arizona, Estados Unidos y otros más.

"Irónicamente, aún cuanto el agujero negro de nuestra galaxia, no envía plasma hiper-relativista en forma abundante hacia el medio que lo rodea, este descubrimiento puede explicar, en forma indirecta, cómo los agujeros negros más poderosos del Universo, que incluyen a los cuásares que producen enormes chorros en proporciones intergalácticas. La misma partícula que es acelerada ocurre en todos los sistemas de agujeros negros, aunque fueron más poderosos en el Universo temprano", explica Melia.

Únicamente el 31 % de las 222.000 trayectorias de protones, en esta muestra, produjo rayos gamma dentro de los 10 años luz del agujero negro. El otro 69 % escapó a grandes distancias, donde podrían interactuar y producir colisiones que generan rayos gamma.

Finalmente, Ballantyne señala: "Los astrónomos observan un resplandor de rayos gamma de alta energía proveniente de las regiones internas de la galaxia; es posible que esta emisión sea causada por protones acelerados cercanos al agujero negro central".

(saa)

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