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ASTRONOMÍA. La mitad del cielo entero, visto en rayos X. El mapa más grande jamás creado de fuentes de alta energía del universo

0 0 sábado, 3 de febrero de 2024

La mitad del cielo entero, visto en rayos X

Esta imagen muestra la mitad del cielo en rayos X, proyectado sobre un círculo con el centro de la Vía Láctea a la izquierda y el plano galáctico horizontal. Los fotones han sido codificados por colores según su energía (rojo para energías de 0,3 a 0,6 keV, verde para 0,6 a 1 keV, azul para 1 a 2,3 keV). Fuente: MPE, J. Sanders para el consorcio eROSITA

04 febrero 2024.- Hay un viejo tropo en la ciencia ficción sobre alguien que de repente tiene visión de rayos X y mira a través de objetos sólidos. Resulta ser una imposibilidad física con nuestros ojos Mark I. Sin embargo, los astrónomos han encontrado una manera de superar ese desafío que nos permite estudiar el Universo con visión de rayos X.

Se llama astronomía de rayos X y existe desde hace 60 años. Revela algunos de los eventos y objetos más enérgicos y violentos del cosmos. Entre ellos se incluyen cosas como cuásares brillantes, explosiones de supernovas, corrientes de gas caliente entre galaxias y estrellas jóvenes y calientes.

Recientemente, los astrónomos del consorcio eROSITA del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre anunciaron el último tesoro de datos de rayos X del estudio eROSITA. Cubre la mitad del cielo de rayos X y revela información sobre 900.000 fuentes distintas de rayos X. Eso es más que todos los jamás detectados en las décadas de historia de la astronomía de rayos X, incluidos los descubrimientos realizados con Chandra y otros observatorios en órbita.

Acerca de eROSITA

eROSITA es un telescopio de imágenes de rayos X suaves a bordo del satélite Spectrum-RG. Su primer estudio de todo el cielo, llamado eRASS1, se llevó a cabo durante 7 meses a partir del 12 de diciembre de 2019. En su configuración más sensible, el telescopio detectó 170 millones de fotones de rayos X. Eso permitió a las cámaras medir sus energías y tiempos de llegada.

El equipo de astronomía, dirigido por el investigador principal Andrea Merloni, preparó un catálogo de datos de primera publicación. También publicaron más de 50 nuevos artículos científicos basados en sus hallazgos. Tras finalizar este primer estudio, el instrumento llevó a cabo tres exploraciones más de todo el cielo entre junio de 2020 y febrero de 2022. Ese enorme tesoro de datos de rayos X se dará a conocer en breve. El siguiente vídeo explica más sobre la misión.

El tesoro de fuentes de rayos X de eROSITA

La astronomía de rayos X se centra en objetos y eventos calientes y energéticos del Universo. Esos serían los núcleos de las galaxias (donde acechan los agujeros negros supermasivos), las explosiones de supernovas, las estrellas recién nacidas y otros lugares donde la materia se calienta a altas temperaturas.

Este conjunto de datos preliminares de eRASS1 señala alrededor de 710.000 agujeros negros supermasivos, 180.000 estrellas emisoras de rayos X en la Vía Láctea y 12.000 cúmulos de galaxias. También cubre una pequeña cantidad de otras fuentes exóticas como estrellas binarias que emiten rayos X, restos de supernovas, púlsares y otros objetos.

"Estas son cifras alucinantes para la astronomía de rayos X", dice Andrea Merloni, investigador principal de eROSITA y primer autor del artículo del catálogo de eROSITA. "Hemos detectado más fuentes en 6 meses que las grandes misiones emblemáticas XMM-Newton y Chandra en casi 25 años de operación".

La primera publicación de datos de eROSITA es una mirada rica y "multicapa" del cielo en varias energías de rayos X. Cada nivel de energía les dice a los astrónomos algo sobre los objetos y eventos que emiten los rayos X. Y, para cada conjunto de imágenes y datos, el consorcio proporciona más información. Hay listas de clases de fuentes, posiciones del cielo, energías y tiempos precisos de llegada de los fotones al instrumento. "Hemos hecho un gran esfuerzo para publicar datos y software de alta calidad", añadió Miriam Ramos-Ceja, quien dirige el equipo de Operaciones de eROSITA. "Esperamos que esto amplíe la base de científicos de todo el mundo que trabajan con datos de alta energía y ayude a ampliar las fronteras de la astronomía de rayos X".

Centrándose en objetos de rayos X específicos

Los objetivos científicos de eROSITA son utilizar rayos X como forma de detectar el medio intergaláctico caliente de entre 50 y 100.000 cúmulos y grupos de galaxias. También observa el gas caliente en los filamentos entre ellos. Esos filamentos brillan en rayos X. El instrumento también tiene la tarea de detectar agujeros negros en acreción ocultos en galaxias. Finalmente, estudió la física de las fuentes de rayos X galácticas (que incluyen estrellas anteriores a la secuencia principal, restos de supernovas y binarias de rayos X).

Imagen de rayos X de eROSITA con el filamento recién descubierto entre dos cúmulos de galaxias. La distribución de las galaxias (contornos blancos, arriba a la izquierda), vista desde el Two Micron All Sky Survey, sigue la estructura del filamento. En la simulación SLOW, que está diseñada para reproducir las características principales del Universo Local, también se reproduce este sistema individual con ambos grupos y la espina del filamento. Crédito: Dietl et al. (2024) — Imagen de rayos X de *eROSITA con el filamento recién descubierto entre dos cúmulos de galaxias.* La distribución de las galaxias (contornos blancos, arriba a la izquierda), vista desde el *Two Micron All Sky Survey,* sigue la estructura del filamento. En la simulación *SLOW* , que está diseñada para reproducir las características principales del Universo Local, también se reproduce este sistema individual con ambos grupos y la espina del filamento.
Crédito: Dietl et al. (2024)

Al menos uno de los artículos publicados con los nuevos datos del estudio utiliza datos de rayos X para limitar los modelos cosmológicos que utilizan cúmulos de galaxias. En una imagen publicada, vemos un filamento de material recién descubierto. Se extiende entre una porción del cúmulo de galaxias Abell 3667 y el cercano cúmulo Abell 3651. Esto puede ayudar a los astrónomos a determinar cuánta materia existe en el llamado "medio intergaláctico cálido-caliente". Proporciona información sobre la formación de estructuras a gran escala (como cúmulos de galaxias) en el Universo.

Esta imagen de rayos X muestra la extensión total del Cúmulo de Virgo. La mancha blanca brillante en el centro es la galaxia central M87. El brillo blanco brumoso alrededor de M87 es el gas muy caliente entre galaxias. Se extiende más en algunas direcciones que en otras y no es circular; esto es evidencia de que el Cúmulo de Virgo todavía está en proceso de formación. La franja colorida en la parte inferior izquierda proviene de una emisión en primer plano dentro de nuestra galaxia y se conoce como una de las burbujas eROSITA. Crédito: McCall al. (2024) — Esta imagen de rayos X muestra la extensión total del Cúmulo de Virgo en rayos X visto por eROSITA. La mancha blanca brillante en el centro es la galaxia central M87. El brumoso resplandor blanco alrededor de M87 es el gas muy caliente entre galaxias. Se extiende más en algunas direcciones que en otras y no es circular. Esta es una evidencia de que el Cúmulo de Virgo todavía está en proceso de formación. Crédito: McCall al. (2024)

El cercano cúmulo de galaxias Virgo también aparece en el estudio eRASS1 y proporciona una forma de estudiar estructuras filamentosas a gran escala. En particular, los astrónomos quieren comprender los efectos físicos que operan en las afueras de estos enormes cúmulos de galaxias. Utilizando los nuevos datos de la encuesta, además de otras imágenes de todo el cielo, un equipo científico exploró la estructura de las afueras del cúmulo. Eso incluía emisiones de alta energía alrededor de galaxias y grupos dentro del cúmulo. También estudiaron la llamada “extensión de rayos X” de 320 kiloparsecs de longitud cerca de la galaxia M49.

Trabajo pasado y futuro de eROSITA

eROSITA ha permitido un gran salto adelante en la astronomía de rayos X desde su lanzamiento en junio de 2019. Comenzó a operar en octubre de ese año, proporcionando visión del cosmos en rayos X de alta resolución. Mientras escaneaba el cielo, vislumbró cambios en un quásar distante llamado SMSS J114447.77-430859.3. Esos cambios dan algunas pistas sobre el crecimiento del agujero negro en el corazón del cuásar. Observó cambios en las variaciones de brillo en el corazón del cuásar, lo que indica que el agujero negro se traga parte del material que se desvía hacia su horizonte de sucesos. Otro material se escapa en forma de fuertes vientos.

El instrumento también detectó un agujero negro recién formado en el Universo temprano y rastreó la existencia de gas caliente alrededor de nuestra propia Vía Láctea. El instrumento tuvo su primera luz el 22 de octubre de 2019. Actualmente, se encuentra en modo seguro y los técnicos están evaluando su salud y estado.