ASTRONOMÍA
* web especial * UNA MIRADA AL COSMOS
Astrofísica de altas energías
Cuando las esferas tocan heavy metal
Los antiguos griegos concebían el Universo formado por una serie
de esferas concéntricas que giraban armoniosamente con la Tierra
como centro, y en ese girar perpetuo producían una música suave,
sólo audible en condiciones espirituales muy especiales. Esta idea
dio lugar a la expresión «la música de las esferas». Hoy día
conocemos algo más del Universo, de la dinámica de los astros, de
su «música». Y parece que hay lugares en los que se toca realmente
fuerte, algo parecido al Heavy Metal
(foto 1) La galaxia Centauro-A vista con el satélite de rayos
X Chandra. Se observa un chorro de partículas que emerge
desde el núcleo de la galaxia. Las fuentes puntuales de rayos X
son, en su mayoría, estrellas binarias en las que una estrella de
neutrones está "engullendo" el gas de la estrella compañera.
Créditos: NASA/SAO/R. Kraft et al.
(foto2) Chorros de partículas relativistas surgiendo del núcleo de
la galaxia NGC 383. Esta imagen en radio está tomada con el VLA,
un conjunto de 27 radiotelescopios situados en el estado de Nuevo
México (EE.UU.) que actúan de manera conjunta para producir
imágenes de muy alta resolución angular (NRAO/AUI/NSF).
GRB, antes y después. El remanente óptico de la explosión de rayos
gamma del 23 de enero de 1999 observado por el telescopio espacial
Hubble a los 16 días de la explosión (izquierda). Se trata del
objeto puntual en el centro de la imagen. Un año después, el
remanente de GRB 990123 ha desaparecido (derecha), y deja entrever
el complejo subyacente de dos o tres galaxias interaccionando
entre sí a 9.000 millones de años-luz de nosotros. (HST GRB
Collaboration/NASA).
Cuando las esfera tocan Heavy Metal
Ciertamente el Universo no escatima en vatios: una estrella como
el Sol emite en un solo segundo energía suficiente como para
cubrir la demanda actual de energía eléctrica de España durante
240 millones de años. Pero, a pesar de lo espectacular de esta
cifra, la energía producida por el Sol resulta despreciable si la
comparamos con la que producen otros procesos de altas energías
que ocurren en el Universo. Cuando en Astrofísica se habla de
altas energías, no nos referimos a procesos relacionados con las
reacciones termonucleares que ocurren en el interior de las
estrellas que, aunque magníficas desde un punto de vista humano,
no pasan de procesos corrientes si los consideramos desde una
perspectiva cósmica. En el Universo existe otra suerte de
fenómenos muchísimo más energéticos, y que están asociados a dos
de los objetos celestes más llamativos descubiertos en las últimas
décadas: los cuásares y las explosiones de rayos gamma. Un
cuásar tiene una potencia equivalente a 25 billones de soles y es
capaz de mantener este ritmo de producción de energía durante
millones de años. Un estallido de rayos gamma tiene una potencia
aún mayor, aunque por lo general no sobrepasa los varios minutos
de duración.
Cuásares
Un cuásar es el núcleo de una galaxia lejana que se caracteriza
porque el brillo de su zona central supera con diferencia al
del resto de la galaxia; tanto que las estrellas que la forman son
difícilmente detectables, incluso con telescopios de gran tamaño,
y sólo se consigue ver la intensa radiación del núcleo, que al ser
muy compacto presenta el aspecto de una estrella. Los cuásares se
descubrieron en 1963 y, durante varios años, constituyeron un
verdadero enigma: si se hallaban tan lejos, la fuente de energía
que los revelaba debía de ser algo descomunal. Tan sólo la
existencia de grandes cantidades de materia cayendo hacia un
objeto muy masivo y compacto parecía explicar la energía
observada. Esa caída liberaría energía, de manera similar a la que
se libera cuando un vaso cae al suelo y salta en pedazos. Pero,
¿qué tipo de objeto se encuentra en el núcleo de las galaxias? Los
físicos habían considerado en los años treinta la posible
existencia de concentraciones de materia tales que su campo
gravitatorio fuese, hasta una cierta distancia, lo suficientemente
intenso como para no dejar escapar ni siquiera la luz. Se les
llamó agujeros negros, puesto que nunca podrían observarse
directamente, aunque sí los efectos en su entorno. Precisamente,
la observación de esos efectos ofreció certeza experimental sobre
la existencia en el núcleo de algunas galaxias de agujeros negros
con masas equivalentes a la de varios millones de soles. Los
agujeros negros atraen hacia sí el gas de la zona central de la
galaxia que, en su caída, forma un gigantesco remolino con
velocidades de hasta diez mil kilómetros por segundo y
temperaturas de varios millones de grados y produce grandes
cantidades de energía. En algunos de estos cuásares se forman unos
chorros que sirven de escapatoria para una fracción del gas que
cae hacia el agujero negro. Los chorros pueden alcanzar tamaños de
varios millones de años luz y están formados por partículas,
fundamentalmente electrones, que viajan a velocidades próximas a
la de la luz.
Los más energéticos
Pero si de alta potencia hablamos, el record actual lo ostentan
las explosiones de rayos gamma (GRB, del inglés Gamma RayBurst).
Estas explosiones, a modo de destellos muy intensos y con duración
de varios segundos, se vienen registrando por término medio un par
de veces al día. Desde su descubrimiento de manera fortuita en
1969, su origen es uno de los misterios aún no resueltos de
la Astrofísica. El mayor inconveniente en su estudio radica en que
hasta hace muy poco no ha sido posible localizar el origen de la
explosión con la suficiente precisión en el cielo como para
identificarla con algún objeto conocido. Pero hoy día ya sabemos
que ocurren en galaxias muy lejanas, prácticamente en los confines
del Universo. Se piensa que estas explosiones están asociadas al
colapso de estrellas muy masivas en las últimas etapas de sus
vidas, pero todavía quedan muchas incógnitas que resolver. Lo
cierto es que con una potencia equivalente a la de unos 400
cuásares, constituyen hoy por hoy los eventos conocidos más
energéticos del Universo.
Se investiga la naturaleza y evolución de los chorros en
cuásares mediante observaciones de radiointerferometría y
simulaciones numéricas.
Se estudia la conexión de los cuásares con la morfología de
las galaxias que los albergan y con la presencia de otras galaxias
cercanas, con imágenes profundas de gran detalle proporcionadas
por telescopios de gran tamaño (VLT).
Con el fin de detectar en tiempo real los GRBs en
coordinación con satélites científicos de altas energías,
investigadores del IAA disponen de tiempo en distintos
observatorios y satélites científicos. Con el mismo fin han
desarrollado el primer observatorio robotizado del país. Lo que no
se sabe... Qué es lo que provoca que en el núcleo de una
galaxia aparezca un cuásar?
Cómo se generan los chorros que surgen del núcleo de algunas
galaxias?
Existe un agujero negro en el núcleo de todas las galaxias?
Cuál es la verdadera naturaleza de los GRB?
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