Recientemente, el blazar BL Lacertae, un agujero negro supermasivo rodeado de un brillante disco y con chorros orientados hacia la Tierra, ha brindado a los científicos una oportunidad única para responder a una pregunta que ha perdurado en el tiempo: ¿cómo se generan los rayos X en entornos extremos como este?
NASA, a través de su satélite IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), colaboró con telescopios de radio y ópticos para encontrar respuestas. Los resultados, disponibles en el servidor de preprints arXiv y que se publicarán en la revista Astrophysical Journal Letters, muestran que las interacciones entre electrones de alta velocidad y partículas de luz, conocidas como fotones, son las responsables de esta emisión de rayos X.
Los científicos contaban con dos explicaciones posibles para los rayos X: una que implicaba protones y otra que involucraba electrones. Cada uno de estos mecanismos tendría una firma diferente en la polarización de la luz de rayos X. La polarización es una propiedad de la luz que describe la dirección promedio de las ondas electromagnéticas que la componen.
Si los rayos X en los chorros de un agujero negro son altamente polarizados, eso implicaría que los rayos X son producidos por protones que giran en el campo magnético del chorro o por protones que interactúan con los fotones del chorro. Por otro lado, una menor polarización sugeriría que las interacciones entre electrones y fotones son las responsables de la producción de rayos X.
Resultados de la investigación de IXPE
El IXPE, que fue lanzado el 9 de diciembre de 2021, es el único satélite en funcionamiento en la actualidad capaz de realizar tales mediciones de polarización. Según Iván Agudo, autor principal del estudio y astrónomo en el Instituto de Astrofísica de Andalucía—CSIC en España, «este fue uno de los mayores misterios acerca de los chorros de agujeros negros supermasivos». IXPE, con la ayuda de varios telescopios de apoyo en tierra, finalmente proporcionó las herramientas necesarias para resolverlo.
Los astrónomos determinaron que los electrones son los responsables mediante un proceso conocido como dispersión Compton. Este fenómeno ocurre cuando un fotón pierde o gana energía tras interactuar con una partícula cargada, generalmente un electrón. En los chorros de los agujeros negros supermasivos, los electrones se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, y IXPE ayudó a los científicos a concluir que, en el caso de un chorro de blazar, los electrones tienen suficiente energía para dispersar fotones de luz infrarroja hasta longitudes de onda de rayos X.
BL Lacertae, uno de los primeros blazares descubiertos, fue originalmente considerado una estrella variable en la constelación de Lacerta. IXPE observó BL Lac a finales de noviembre de 2023 durante siete días, junto con varios telescopios en tierra que medían la polarización óptica y de radio simultáneamente. Durante esta observación, la polarización óptica de BL Lac alcanzó un porcentaje notable: 47.5%, el más alto registrado en 30 años.
Los resultados de IXPE revelaron que los rayos X eran mucho menos polarizados que la luz óptica. El equipo no pudo medir una señal de polarización fuerte y determinó que los rayos X no pueden ser más polarizados del 7.6%. Este hallazgo demostró que la interacción de electrones con fotones, a través del efecto Compton, debe explicar la producción de rayos X.
Steven Ehlert, científico del proyecto IXPE y astrónomo en el Centro Espacial Marshall, señala que «el hecho de que la polarización óptica fuera mucho más alta que la de los rayos X solo puede explicarse por la dispersión Compton». Enrico Costa, astrofísico en Roma y uno de los científicos que concibió este experimento, también destaca la importancia de IXPE al afirmar que «ha logrado resolver otro misterio de los agujeros negros».
De cara al futuro, Ehlert menciona que uno de los objetivos es intentar localizar tantos blazares como sea posible, dado que estos objetos cambian con el tiempo y están llenos de sorpresas.
