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Cómo funciona la astronomía de rayos X

Cómo funciona la astronomía de rayos X

Hay un universo oculto por ahí, uno que irradia en longitudes de onda de luz que los humanos no pueden sentir. Uno de estos tipos de radiación es el espectro de rayos X. Los rayos X son emitidos por objetos y procesos que son extremadamente calientes y enérgicos, como los chorros de material sobrecalentado cerca de los agujeros negros y la explosión de una estrella gigante llamada supernova. Más cerca de casa, nuestro propio Sol emite rayos X, al igual que los cometas cuando se encuentran con el viento solar. La ciencia de la astronomía de rayos X examina estos objetos y procesos y ayuda a los astrónomos a comprender lo que sucede en otras partes del cosmos.

El universo de rayos X

Un objeto muy luminoso llamado púlsar emana una energía increíble en forma de radiación de rayos X en la galaxia M82. Dos telescopios sensibles a los rayos X llamados Chandra y NuSTAR se enfocaron en este objeto para medir la producción de energía del púlsar, que es el remanente que gira rápidamente de una estrella supermasiva que explotó como una supernova. Los datos de Chandra aparecen en azul; Los datos de NuSTAR están en morado. La imagen de fondo de la galaxia fue tomada desde el suelo en Chile. Rayos X: NASA / CXC / Univ. de Toulouse / M.Bachetti et al, Óptico: NOAO / AURA / NSF

Las fuentes de rayos X están dispersas por todo el universo. Las atmósferas exteriores calientes de las estrellas son fuentes prodigiosas de rayos X, particularmente cuando se encienden (como lo hace nuestro Sol). Los destellos de rayos X son increíblemente enérgicos y contienen pistas sobre la actividad magnética en y alrededor de la superficie de una estrella y la atmósfera inferior. La energía contenida en esas bengalas también le dice a los astrónomos algo sobre la actividad evolutiva de la estrella. Las estrellas jóvenes también son emisoras ocupadas de rayos X porque son mucho más activas en sus primeras etapas.

Cuando las estrellas mueren, particularmente las más masivas, explotan como supernovas. Esos eventos catastróficos emiten enormes cantidades de radiación de rayos X, que proporcionan pistas sobre los elementos pesados ​​que se forman durante la explosión. Ese proceso crea elementos como el oro y el uranio. Las estrellas más masivas pueden colapsar para convertirse en estrellas de neutrones (que también emiten rayos X) y agujeros negros.

Los rayos X emitidos por las regiones de los agujeros negros no provienen de las singularidades mismas. En cambio, el material que se acumula en la radiación del agujero negro forma un "disco de acreción" que hace girar el material lentamente en el agujero negro. A medida que gira, se crean campos magnéticos que calientan el material. A veces, el material se escapa en forma de un chorro que es canalizado por los campos magnéticos. Los chorros de agujeros negros también emiten grandes cantidades de rayos X, al igual que los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias.

Los cúmulos de galaxias a menudo tienen nubes de gas sobrecalentadas dentro y alrededor de sus galaxias individuales. Si se calientan lo suficiente, esas nubes pueden emitir rayos X. Los astrónomos observan esas regiones para comprender mejor la distribución de gas en grupos, así como los eventos que calientan las nubes.

Detectando rayos X de la Tierra

El Sol en rayos X, visto por el observatorio NuSTAR. Las regiones activas son las más brillantes en rayos X. NASA

Las observaciones de rayos X del universo y la interpretación de los datos de rayos X comprenden una rama relativamente joven de la astronomía. Dado que los rayos X son absorbidos en gran medida por la atmósfera de la Tierra, no fue sino hasta que los científicos pudieron enviar cohetes sonoros y globos cargados de instrumentos en lo alto de la atmósfera que pudieron hacer mediciones detalladas de los objetos "brillantes" de rayos X. Los primeros cohetes se dispararon en 1949 a bordo de un cohete V-2 capturado desde Alemania al final de la Segunda Guerra Mundial. Detectó rayos X del sol.

Las mediciones realizadas con globos descubrieron por primera vez objetos como el remanente de supernova de la Nebulosa del Cangrejo (en 1964). Desde entonces, se han realizado muchos vuelos de este tipo, estudiando una variedad de objetos y eventos emisores de rayos X en el universo.

Estudiar rayos X desde el espacio

Concepción artística del Observatorio de rayos X Chandra en órbita alrededor de la Tierra, con uno de sus objetivos en el fondo. NASA / CXRO

La mejor manera de estudiar objetos de rayos X a largo plazo es usar satélites espaciales. Estos instrumentos no necesitan combatir los efectos de la atmósfera de la Tierra y pueden concentrarse en sus objetivos por períodos de tiempo más largos que los globos y cohetes. Los detectores utilizados en astronomía de rayos X están configurados para medir la energía de las emisiones de rayos X contando el número de fotones de rayos X. Eso le da a los astrónomos una idea de la cantidad de energía emitida por el objeto o evento. Se han enviado al menos cuatro docenas de observatorios de rayos X al espacio desde que se envió el primero en órbita libre, llamado Observatorio Einstein. Fue lanzado en 1978.

Entre los observatorios de rayos X más conocidos se encuentran el satélite Röntgen (ROSAT, lanzado en 1990 y desmantelado en 1999), EXOSAT (lanzado por la Agencia Espacial Europea en 1983, desmantelado en 1986), el Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA, el El XMM-Newton europeo, el satélite japonés Suzaku y el Observatorio de rayos X Chandra. Chandra, llamada así por el astrofísico indio Subrahmanyan Chandrasekhar, se lanzó en 1999 y continúa ofreciendo vistas de alta resolución del universo de rayos X.

La próxima generación de telescopios de rayos X incluye NuSTAR (lanzado en 2012 y aún en funcionamiento), Astrosat (lanzado por la Organización de Investigación Espacial India), el satélite italiano AGILE (que significa Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lanzado en 2007 Otros están planificando lo que continuará la mirada de la astronomía en el cosmos de rayos X desde la órbita cercana a la Tierra.