mala astronomia | La Nebulosa del Manatí libera partículas subatómicas

Entonces, un manatí gaseoso de 650 años luz de largo está despegando hasta muy lejos Partículas subatómicas de alta velocidad, y aunque no sabemos exactamente por qué sabemos de qué parte provienen.

Bueno, sí, retrocedamos un poco.

Westerhout 50 es una nebulosa masiva, una nube de gas en el espacio a unos 18.000 años luz de distancia. Es un remanente de supernova, el gas que se expande alejándose de una estrella que explotó hace mucho tiempo. Pero esto es extraño. Por un lado, es alargado, formando una elipse rugosa con un tamaño impresionante de 350 x 650 años luz – 3,3 x 6,2 cuatrillón kilómetros! Mucho más grande que la mayoría de los otros desechos. Cuando se ve en las ondas de radio, se ve nítido y ordenado, y realmente parece una vaca marina nadando frente a nosotros de costado, lo que le valió el apodo de Nebulosa del Manatí.

En su núcleo hay un agujero negro, que también es extraño. Nombrada SS 433, es lo que queda de la estrella que explotó para formar la nebulosa. Las capas exteriores de la estrella explotaron, pero el núcleo masivo de la estrella masiva colapsó para formar el agujero negro. Tiene un compañero binario, una estrella que orbita a su alrededor relativamente cerca, tanto que la intensa gravedad del agujero negro arranca material de la estrella. Estos objetos caen hacia el agujero negro y forman un disco caliente que gira a su alrededor.

Fuertes campos magnéticos impregnan el disco y terminan como tornados dobles centrados por encima y por debajo del agujero negro. El material es levantado y alejado del disco por este campo magnético y enviado chirriando cuarto de la velocidad de la luz. Esto forma rayos dobles, como el reflector de un faro, que los astrónomos llaman aviones. Por extraño que parezca, no disparan directamente desde el agujero negro. La gravedad de la estrella compañera desvía el disco de materia, lo tuerce y, en respuesta a ese disco, notasoscila lentamente. Con el tiempo, esto significa que los planos se dirigen en diferentes direcciones; esto se denomina una introducción – por lo que en realidad forman enormes espirales, como una llave.

Hace unos años, los astrónomos hicieron un descubrimiento sorprendente: el manatí emitía rayos X de alta energía, del tipo que se crea cuando los electrones se aceleran a energías alucinantes: 300 – 450 TeV. Esta es aproximadamente la misma cantidad de energía que una pequeña gota de lluvia que cae del cielo.

Bueno, eso suena pequeño, pero estamos hablando de mucha energía. en un electrón. Hay billones de electrones en esta gota de agua, así que sea lo que sea lo que arroje los electrones en la Nebulosa del Manatí, les da energías un billón de billones de veces la cantidad en la que normalmente se sientan. Así que sí, eso es mucho.

El agujero negro y sus campos magnéticos son los culpables obvios, pero ¿cómo liberan físicamente estos electrones?

Es útil saber exactamente de dónde provienen los rayos X en la nebulosa; Son la evidencia física de la aceleración de partículas, por lo que pueden proporcionar una gran pista. Las primeras observaciones no podían decirlo, pero las nuevas observaciones que utilizan el observatorio de rayos X Chandra y XMM-Newton basado en el espacio han dado un gran paso adelante en la comprensión de este proceso físico. [link to paper].

Sorprendentemente, muestran que los rayos X no provienen del agujero negro SS433, al menos no directamente. En cambio, hay una estructura abultada y plana que comienza a unos 100 años luz al este del agujero negro, algo así como una fuente, y los rayos X provienen de allí.

Ahora bien, esto es realmente muy interesante. Recuerde que los manatíes son elípticos, mientras que la mayoría de los remanentes de supernova son aproximadamente circulares. Resulta que el alargamiento del gas está en línea con las direcciones de los chorros provenientes del agujero negro, y es muy probable que el material que sale disparado de SS433 esté inflando la nebulosa mucho más grande a lo largo de un eje, haciéndola elíptica.

Esta nueva estructura vista en los datos de XMM-Newton también está en línea con este alargamiento (en algunas descripciones de nebulosas, la cabeza del manatí está hacia el oeste y estas partículas vienen del otro extremo, así que haz tus propias bromas aquí). Esto significa que la culpa aquí es de alguna manera en la corriente en chorro del este del agujero negro. No está claro cómo, para ser honesto, pero me pregunto.

Sabemos que en una supernova, el gas remanente se expande a diferentes velocidades y, a veces, una nube de gas alcanza una nube que se mueve más lentamente y choca con ella. Esto comprime a ambos, formando hermosas placas y cerdas, que vemos en los manatíes. Esto también crea ondas de choque masivas. La física es compleja, pero las partículas subatómicas, como los electrones, pueden quedar atrapadas en los campos magnéticos de las nubes de gas, y cuando las nubes chocan, las partículas pueden acelerarse hasta hosco velocidades Cuando un electrón como este choca con un fotón de luz, ese fotón se bombea a una enorme energía, como los rayos X e incluso los rayos gamma (a esto lo llamamos La prosa inversa de Compton).

Esto podría explicar lo que está sucediendo. El chorro del agujero negro choca con el gas de supernova preexistente, crea ondas de choque extremadamente poderosas, recoge electrones y absorbe una gran cantidad de cafeína, que luego crea los rayos X vistos por XMM-Newton.

Esta es una buena historia, pero hay muchos detalles que no explica, incluyendo cómo las partículas alcanzan energías tan altas. Los modelos muestran que esto es complicado, por lo que pueden estar sucediendo muchas cosas aquí. Sin embargo, es un buen punto de partida.

Recuerdo cuando SS433 fue descubierto por primera vez y causó un agujero en la comunidad astronómica debido a su extraño comportamiento, que luego se remontó a los aviones a reacción. Y ahora, décadas después, todavía estamos descubriendo un comportamiento extraño de esta cosa. Pero eso es todo lo divertido de esto, ¿no? Cuanto más aprenda sobre los manatíes gigantes que están formados por agujeros negros activos que explotan partículas y radiación, más habrá para aprender.

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