La linterna de rayos-X

Quizás los lectores estén acostumbrados a que les contemos un resultado científico cuando ya lo comprendemos en profundidad. Sin embargo, los investigadores estamos siempre dispuestos a equivocarnos para aprender. Hoy este texto no les va a explicar lo que hemos aprendido sino algo que aún estamos por entender, para que perciban lo bonito que es retar a tu mente a tratar de entender algo a priori inexplicable. En concreto les voy a hablar de una emisión con la que convivimos los que trabajamos con observaciones en rayos-X de los núcleos de las galaxias, que se conoce como la linterna de rayos-X (X-ray lamppost, en inglés).  

Para explicarles su importancia tengo que recordar que los fotones de rayos-X no traspasan la atmósfera, por suerte para la vida en la Tierra. Es por eso que, al contrario que los fotones en el óptico o radiofrecuencias, hubo que atravesar la atmósfera para ver el Universo con ojos de rayos-X y descubrir con asombro que muchos astros tenían procesos internos tan energéticos para producir este tipo de emisión. Así nació la astronomía en rayos-X en los años sesenta.  

Entre estos astros que emiten fotones en rayos-X, los reyes son los núcleos de las galaxias, porque emiten enormes cantidades de energía de manera persistente por cientos de miles de años. En los núcleos ocurren procesos que arrastran parte del material de la galaxia hacia el agujero negro central a través de un sumidero que llamamos disco de acrecimiento. El roce entre las capas del disco produce emisión desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. Sin embargo, la emisión en rayos-X es producida por fotones cien veces más energéticos que los que se esperan por el rozamiento de las capas de este disco. Por lo tanto, la fuente emisora de los fotones de rayos-X debe ser otra. Sabemos, por la forma en la que se emite esta luz en rayos-X, que se produce por un proceso que se conoce como Compton inverso. Este consiste en que fotones del disco de acrecimiento, que en principio no tienen la energía suficiente para generar rayos-X, interceptan una región cargada de electrones y en este proceso los fotones ganan energía para finalmente producir la emisión de rayos-X de los núcleos de galaxias. 

Todo esto lo sabemos desde hace décadas y nos ha ayudado a, por ejemplo, encontrar galaxias muy lejanas que solo son detectadas por la fuerte emisión en rayos-X de sus núcleos. Pero decenas de años después seguimos sin saber qué región cargada de electrones produce esta emisión en rayos-X en los núcleos de las galaxias. La dificultad radica en que, aunque la astronomía avanza a pasos agigantados, estamos muy lejos de conseguir instrumentos tan potentes como para visualizar en rayos-X qué ocurre en escalas muy pequeñas de otras galaxias.

Por supuesto tenemos teorías. La más popular es la que se conoce como el escenario de linterna. Consiste en un fuente emisora de rayo-X que no es más que un punto a cada lado del disco de acrecimiento (vean la figura). Los fotones del disco llegan a esta región donde incrementan su energía. A algunos nos cuesta entender cómo se mantiene esta linterna en el polo del disco de acrecimiento. Los investigadores que apoyan este escenario de linterna de rayos-X creen que esta región es donde fuertes líneas de campo electromagnético se enrollan para generar chorros moviéndose a velocidades próximas a la velocidad de la luz que sabemos que salen del polo del disco de acrecimiento. Sin embargo, no todos los núcleos con fuerte emisión en rayos-X tienen estos chorros. Otra teoría defiende que la emisión en rayos-X proviene de una capa superficial del disco que está cargada de estos electrones que incrementan la energía de los fotones. La comunidad astronómica aún no llega a un consenso acerca de esta pregunta así que, como ya les avanzaba desde el principio, no les puedo contar cómo termina la historia. Sin duda, este es uno de los grandes retos de la astronomía moderna. Esperemos que pronto sí pueda contarlo y, mientras tanto, seguiremos todos pensando, discutiendo y fascinándonos con estas incógnitas.

Biografía

Omaira González Martín nació en Lanzarote en 1981. Estudió la Licenciatura en Física en la Universidad de La Laguna y realizó su tesis doctoral en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (Granada) sobre núcleos activos de galaxias de baja luminosidad. Después trabajó un año en la Universidad de Leicester (Reino Unido), dos años en la Universidad de Creta (Grecia) y cuatro años en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Desde 2014 es personal en plantilla del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México. 

*Sección coordinada por Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez