Nuestra visión más profunda del cielo en rayos X
21 de junio de 2020
Versión anotada de la imagen eROSITA First All-Sky. Se marcan varias características prominentes de rayos X: cúmulos de galaxias distantes (Coma, Virgo, Fornax, Perseus); fuentes extendidas como Supernova Remnants (SNR) y Nebulae y fuentes de puntos brillantes (ej: Sco X-1, la primera fuente de rayos X extrasolar que se detecta). A la derecha se puede observar el Vela SNR, la Gran Nube de Magallanes en el cuadrante inferior derecho,y el supercúmulo Shapley en la parte superior derecha (aunque no es fácilmente visible en esta proyección).
El telescopio de rayos X eROSITA, el cual está montado en el observatorio espacial SRG, terminó su primer escaneo completo del cielo en 182 días. Este nuevo mapa del universo energético contiene más de un millón de objetos, lo que representa aproximadamente el doble de fuentes de rayos X que se han descubierto en los últimos 60 años de la historia de la astronomía de este tipo de emisión. La mayoría de las nuevas fuentes son núcleos activos de galaxias que se encuentran a distancias cosmológicas de la Tierra, y muestran el crecimiento de agujeros negros gigantescos a lo largo del tiempo cósmico. Los cúmulos de galaxias en este nuevo mapa se utilizarán para investigar el crecimiento de las estructuras cósmicas y restringir los parámetros cosmológicos. Más cerca de nuestro planeta, las coronas de las estrellas que tienen muy alta temperatura, las estrellas binarias y los restos de supernova salpican nuestra Galaxia, y ahora tenemos un mapa completo de los bariones con alta temperatura en la Vía Láctea. Esto ha sido posible gracias a la vista de 360 grados proporcionada por el rastreo de eROSITA.
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Un millón de fuentes de rayos X que revelan la naturaleza del universo a altas temperaturas: es la impresionante cosecha del primer escaneo de todo el cielo con el telescopio eROSITA. “Esta imagen de todo el firmamento cambia por completo la forma en que vemos el universo energético; vemos una gran cantidad de detalles, la belleza de las imágenes es realmente impresionante”, señaló Peter Predehl , investigador principal de eROSITA en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE). La primera imagen completa del cielo tomada por eROSITA es aproximadamente cuatro veces más profunda que la anterior, la cual fue obtenida con el telescopio ROSAT hace 30 años. Asimismo, ha revelado aproximadamente 10 veces más objetos, lo cual representa la misma cantidad de fuentes que han sido descubiertas por todos los telescopios anteriores de rayos X combinados. Aunque la mayoría de los objetos astronómicos emiten rayos X, el universo de altas temperaturas y energético se ve bastante diferente al que se observa por los telescopios ópticos o de radio. Afuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea y la mayoría de los objetos observados y detectados por eROSITA son núcleos activos de galaxias, agujeros negros supermasivos a distancias cosmológicas, y cúmulos de galaxias que aparecen como manchas extensas muy brillantes y cuya emisión en rayos X se debe al gas caliente confinado en los halos de materia oscura que conforman el cúmulo.
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Restos de supernova de Vela y Puppis
Debido a su tamaño y a su cercanía a la Tierra, el "remanente de supernova Vela" que se muestra en esta imagen es uno de los objetos más prominentes del cielo de rayos X.
La supernova Vela explotó hace unos 12 mil años y se encuentra a una distancia de 800 años luz. Se superpone con al menos otros dos remanentes de supernovas: Vela Junior (en la imagen vista como un anillo azulado en la parte inferior izquierda) y Puppis-A (arriba a la derecha).
El Vela Junior fue descubierto hace sólo 20 años. Este objeto está tan cerca de la Tierra que restos de esta explosión se encontraron en los núcleos de hielo polar.
Las tres explosiones de supernovas produjeron tanto los remanentes de supernovas de rayos X como las estrellas de neutrones, que son las fuentes puntuales brillantes situadas en los centros de los
remanentes. La calidad de los nuevos datos de eROSITA de este "cementerio estelar" dará a los astrónomos muchos nuevos y emocionantes conocimientos sobre los procesos físicos que operan en el plasma caliente de las supernovas, así como para explorar las exóticas estrellas de neutrones.
La imagen del cielo completo revela con gran detalle la estructura del gas caliente en la propia Vía Láctea y el medio circungaláctico que la rodea. El estudio de estos objetos es crucial para comprender la historia de la formación de nuestra galaxia. El mapa de rayos X de eROSITA también revela estrellas con fuertes coronas calientes magnéticamente activas, estrellas binarias de rayos X que contienen estrellas de neutrones, agujeros negros o enanas blancas y espectaculares restos de supernovas en nuestras galaxias y otras galaxias cercanas, como las nubes de Magallanes. “Todos esperábamos con impaciencia el primer mapa de eROSITA, ya se han escaneado grandes áreas del cielo en muchas otras longitudes de onda y ahora tenemos los datos en rayos X para igualarlas. Necesitamos estos otros estudios para identificar las fuentes de rayos X y entender su naturaleza”, explicó Mara Salvato, científica del MPE, quien dirige el esfuerzo de combinar los datos de eROSITA con otros telescopios que observan otras partes del espectro electromagnético. Agregó que el estudio es un tesoro de fenómenos raros y exóticos, tales como diversos tipos de objetos transitorios y variables, por ejemplo, las llamaradas de objetos compactos, la fusión de estrellas de neutrones y las estrellas tragadas por agujeros negros. “eROSITA a menudo ve explosiones inesperadas de rayos X en el cielo. Necesitamos alertar a los telescopios terrestres inmediatamente para comprender qué los está produciendo”.
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Anillo de dispersión de polvo
El anillo brillante en el centro de esta imagen de 7 grados de ancho fue descubierto después de que eROSITA escaneara esta región del cielo en febrero de 2020. El anillo es causado por rayos X dispersos en una nube de polvo en el plano de la Vía Láctea.
El origen de la radiación es el débil objeto azul en el centro del anillo, que se supone que es un agujero negro rodeado por una estrella compañera. Un año antes de la observación de eROSITA , otros telescopios de rayos X registraron una explosión masiva de este objeto ; durante unas semanas fue más de 10 mil veces más brillante que en la actualidad.
En su viaje de miles de años, una pequeña fracción de la radiación de la explosión fue dispersada por una nube de polvo; los rayos X dispersos llegaron un año después de la radiación directa del estallido, como un eco.
Este viaje adicional provoca el anillo aparente que crecerá con el tiempo antes de volverse demasiado débil para ser observable. En el pasado se observaron algunos anillos de dispersión de polvo, pero con
un diámetro angular de más del doble del tamaño de la luna llena, la nueva estructura es, por mucho, la más grande de su tipo. El modelado del anillo puede ayudar a medir una distancia precisa a la binaria de rayos X del agujero negro.
Crear la imagen de todo el cielo ha sido una tarea gigantesca. Hasta ahora, el equipo de operaciones ha recibido y procesado alrededor de 165 GB de datos obtenidos por las siete cámaras de eROSITA. Aunque esta cantidad de datos es relativamente pequeña para los estándares de grandes datos que se manejan en tierra, operar este instrumento en el espacio ha proporcionado sus propios desafíos complejos. “Diariamente, monitoreamos y controlamos la salud del instrumento, en cooperación con nuestros colegas en Moscú que son los que operan la misión SRG, lo que significa que podemos responder rápidamente a cualquier anomalía. Gracias a esto, hemos sido capaz de reaccionar a éstas de inmediato para mantener el instrumento sano y seguro, lo cual nos ha permitido obtener los datos con una eficiencia de ~ 97%”, explicó Miriam Ramos-Ceja , miembro del equipo de operaciones de eROSITA en el MPE. “¡Es increíble poder comunicarnos en tiempo real con un instrumento que está situado a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra!
Los datos recogidos por eROSITA se bajan a diario; el equipo inmediatamente realiza controles de calidad de los datos, antes de que los equipos en Alemania y Rusia los procesen y analicen”, agregó. Mientras el equipo analiza el primer mapa de todo el cielo y utiliza las imágenes y los catálogos para profundizar nuestra comprensión de la cosmología y los procesos astrofísicos de altas energías, el telescopio eROSITA continúa su escaneo del cielo en rayos X. "El observatorio SRG ha comenzado su segundo rastreo de todo el cielo, que se completará a finales de este año. En general, durante los próximos 3.5 años planeamos obtener siete mapas similares. Su sensibilidad combinada será mejor por un factor de cinco y será utilizada por astrofísicos y cosmólogos durante décadas", indicó Rashid Sunyaev, científico principal del equipo ruso de SRG. Kirpal Nandra, jefe del grupo de astrofísica de altas energías del MPE, subrayó: "con un millón de objetos en sólo seis meses, eROSITA ya ha revolucionado la astronomía de rayos X, pero esto es sólo una muestra de lo que está por venir. Esta combinación de área y profundidad del cielo es transformadora; estamos muestreando un volumen cosmológico del Universo a altas temperaturas mucho más grande de lo que ha sido posible hasta ahora. En los próximos años, seremos capaces de explorar aún más lejos, hasta donde las primeras estructuras cósmicas gigantes y los agujeros negros supermasivos se formaron."
