Resuelto el misterio de los blázar: los agujeros negros que 'disparan' rayos de luz en dirección a la Tierra

Se calcula que nuestro universo alberga del orden de doscientos mil millones de galaxias, y la mayoría de ellas -incluida nuestra Vía Láctea- tiene como núcleo un agujero negro supermasivo que hace orbitar a la materia a su alrededor gracias a su descomunal poder de atracción gravitacional. Es sabido que emiten radiación, muy activa en el caso de aquellos que siguen creciendo y devorando el gas que los rodeos. Pero otros, denominados blázar, lanzan potentes haces de energía capaces de alcanzar otras galaxias con el brillo de cien mil millones de soles.

Los objetos astronómicos que irradian energía como una potente fuente de luz, pero no son estrellas sino galaxias con gigantescos agujeros negros en su interior, fueron bautizados en los años 60 como fuentes de radio cuasi-estelar, o cuásares -quasars en inglés. "Estos rayos pueden describirse como un cono, en el que las partículas cargadas se ven aceleradas hasta casi la velocidad de la luz, y descargan enormes cantidades de energía en forma de radiación", explica un artículo en la revista Nature, describiendo el descubrimiento que pone fin al enigma. 

Cuando el haz de energía se dirige hacia la Tierra, se conoce como blázar: un chorro de partículas ionizadas ultrarrápidas que puede alcanzar distancias cien veces superiores al tamaño de su galaxia, y que emite luz a causa de la hiperaceleración de esta materia. La orientación del blázar hacia nuestro planeta permite medirlo en todas las posibles longitudes de onda, de las ondas de radio a los rayos X e Y, pero hasta fecha reciente no contábamos con los instrumentos que han permitido finalmente dar con el mecanismo que origina este fenómeno, uno de los más violentos del universo.

[No son sólo los agujeros negros: nueva fuente insólita de ondas gravitacionales]

La misión de la NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lanzada hace menos de un año, en diciembre de 2021, ha permitido estudiar un blázar en particular, Markarian 501 (Mrk 501), que se encuentra aproximadamente a 456 millones de años luz de la Tierra. Un equipo internacional de investigadores liderado por Ioannis Liodakis de la Universidad de Turku (Finlandia), y con el que ha colaborado desde Granada el Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) asociado al CSIC, ha estudiado este blázar mediante un polarímetro de rayos X.

Liodakis y sus colegas se centraron en dos observaciones de polarimetría por rayos X realizadas el pasado marzo por el IXPE, que compararon a continuación con datos de radiofrecuencia y polarimetría. Su conclusión ha sido que la aceleración inicial de las partículas en el interior del blázar se produjo a causa de una onda de choque generada de forma natural, cuando este flujo de partículas ultrarrápidas se encuentra con materia más lenta desplazándose por el chorro de energía.

Acto seguido, las partículas irán perdiendo radiación de forma rápida y eficiente, produciendo al mismo tiempo rayos X polarizados, es decir, enfocados en una misma dirección, como la luz de una linterna. Estos irán bajando de frecuencia a medida que se alejan del haz, pasando a ser rayos de luz poco polarizada que parte en múltiples direcciones, como la que emite una bombilla. "La polarimetría de rayos X nos permitirá ahora estudiar varios haces de luz para averiguar si estas ondas de choque son comunes en todas las fuentes", escribe Lea Marcotulli en un comentario.

"Este enorme salto adelante nos acerca un paso más a entender estos aceleradores de partículas extremos, cuya naturaleza ha sido el centro de muchas investigaciones desde su descubrimiento", escribe Marcotulli. "La próxima gran incógnita será averiguar si toda la luz que vemos en los blázares proviene de electrones, incluso la proviniente de las frecuencias de rayos Y más elevadas, o si otras partículas cargadas como los protones también las hacen brillar".