La fuente de muchos rayos gamma detectados podrían originarse en agujeros negros casi inactivos, ha determinado una investigación publicada recientemente en la revista Nature.
La luz y las partículas más energéticas del Universo representan un misterio perdurable: no sabemos de dónde vienen.
Claro, podemos rastrear algunos; pero hay más radiación gamma y neutrinos fluyendo a través del Universo de lo que podemos explicar. Mucho más. Y los astrónomos acaban de encontrar una explicación para algunos de ellos: agujeros negros casi inactivos.
Esto, dicen, puede explicar el exceso de rayos gamma “suaves” en el Universo sin depender de electrones fríos (no térmicos), lo que siempre ha sido una explicación problemática, porque los electrones se termalizan en escalas de tiempo que se cree que son demasiado cortas para generar partículas con altos niveles de energía.
Los rayos gamma y los neutrinos no son exactamente raros. La radiación gamma es la forma de luz más energética del Universo y se ha detectado a energías extraordinariamente altas: el rango de teraelectronvoltios.
Los neutrinos, o partículas fantasma, son partículas casi sin masa que fluyen a través del Universo y apenas interactúan con nada. También los hemos detectado a altas energías.
Para obtener estas energías, los fotones y partículas dentro de ellos requieren la presencia de un acelerador cósmico. Estos deberían ser objetos de alta energía, como restos de supernovas, o un agujero negro que devora material activamente.
Fuente de alta energía
Pero incluso una vez que hayamos tenido en cuenta estas fuentes de alta energía, todavía nos queda un exceso de rayos gamma en energías “suaves” más bajas, así como un exceso de neutrinos, que es difícil de explicar.
Según un equipo de investigadores dirigido por el astrónomo Shigeo Kimura de la Tohoku University en Japón, el exceso puede provenir de una fuente inesperada: agujeros negros supermasivos que están casi inactivos, pero no del todo, pero que tampoco están completamente activos.
Cuando un agujero negro supermasivo está activo, está rodeado por un inmenso disco de polvo y gas que se está desviando lentamente hacia el agujero negro. Las inmensas fuerzas en juego en el espacio alrededor del agujero negro calientan el material en el disco de modo que resplandece en un rango de longitudes de onda electromagnéticas, incluida la radiación gamma.
Además, algo de material se sifona alrededor del exterior del agujero negro a lo largo de sus líneas de campo magnético, que actúan como un acelerador, hacia los polos, donde se lanza al espacio a un porcentaje significativo de la velocidad de la luz.
Se cree que cada galaxia tiene un agujero negro supermasivo en su centro, pero no todas están activas. El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia, por ejemplo, es bastante inestable.
(Public domain)
Según Kimura y su equipo, el exceso de rayos gamma en el rango de energía más bajo (megaelectronvoltios en lugar de giga o teraelectronvoltios) podría ser producido por agujeros negros supermasivos que se están acumulando a un nivel tan bajo que son mucho más tenues para nuestros telescopios aquí en la Tierra.
El equipo realizó cálculos y descubrió cómo funcionaría. Aunque hay menos material arremolinándose alrededor de estos agujeros negros no activos, todavía hay algo, y todavía se calienta.
Plasma caliente
De hecho, este plasma caliente podría alcanzar miles de millones de grados Celsius, lo suficientemente caliente como para generar radiación gamma en el rango de megaelectronvoltios, o lo que llamamos rayos gamma “suaves”.
(Public domain)
Dentro de este plasma, los protones pueden acelerarse a altas velocidades. Cuando estos protones de alta energía interactúan con la radiación y la materia, pueden generar neutrinos, lo que también explica el exceso de neutrinos. Y hay suficientes de estos silenciosos agujeros negros supermasivos en el Universo para explicar al menos una proporción significativa de estas señales en exceso.
Hasta ahora, es solo una hipótesis, pero las matemáticas se corroboran. Armados con esta información, los astrónomos deberían tener una mejor idea de qué buscar en futuras observaciones, y el misterio de esos inexplicables rayos gamma estará más cerca de ser resuelto.
Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Nature Communications.
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