El cohete sonda DXL, atravesando el cono de helio de la estela del Sol. (No está a escala). Imagen: Lisa Poje. Fuente: NASA.
En el siglo pasado, los seres humanos se dieron cuenta de que el espacio está lleno de tipos de luz que no podemos ver: desde las señales infrarrojas liberadas por estrellas y galaxias calientes, a la radiación cósmica de fondo que viene de todos los rincones del universo. Parte de esta luz invisible que llena el espacio adopta la forma de rayos X; de qué fuente proceden, es un debate que se ha sostenido con vehemencia en los últimos decenios.
Hasta el vuelo del cohete sonda DXL (abreviatura de emisión Difusa de rayos X de la galaxia Local ) de la NASA, en 2012, los científicos no han tenido respuestas concretas acerca de las fuentes de esos rayos X. En un nuevo estudio, publicado en la revista Astrophysical Journal, los datos de DXL confirman algunas de nuestras ideas acerca de dónde proceden estos rayos X, y de paso refuerzan nuestra comprensión de la historia temprana de nuestra vecindad solar. Pero también revelan un nuevo misterio: un grupo entero de rayos X que no proceden de ninguna fuente conocida.
Las dos fuentes conocidas de emisiones de rayos X son el viento solar -el mar de materia solar que llena el sistema solar-, y la Burbuja Caliente Local, un área teórica de material interestelar caliente que rodea nuestro sistema solar.
"Demostramos que la contribución de rayos X del intercambio de carga del viento solar es de aproximadamente el cuarenta por ciento en el plano galáctico, e incluso menos en otros lugares", dice Massimiliano Galeazzi, astrofísico de la Universidad de Miami (EE.UU.) y uno de los autores del estudio, en una nota de prensa de la NASA. "De modo que el resto de los rayos X debe venir de la Burbuja Caliente Local, lo que demuestra que existe."
Sin embargo, DXL también midió unos rayos X de alta energía que no pueden venir del viento solar o de la Burbuja.
"A energías más altas, estas fuentes contribuyen menos de una cuarta parte de las emisiones de rayos X", dice Youaraj Uprety, autor principal del estudio y astrofísico de la Universidad de Miami en el momento en que se realizó la investigación. "Así que hay una fuente desconocida de rayos X en este rango de energía."
Tres teorías
En las décadas que han pasado desde que se descubrió por primera vez la emisión de rayos X que impregna el espacio, han predominado tres teorías principales para explicar sus orígenes. En primer lugar, y se descartó rápidamente, surgió la idea de que estos rayos X son un tipo de ruido de fondo, procedente de los lejanos confines del universo. Nuestra galaxia tiene una gran cantidad de gas neutro que absorbería rayos X procedentes de fuentes distantes, lo que significa que estos rayos X deben de originarse en algún lugar cercano a nuestro sistema solar.
Entonces, ¿qué podría producir este tipo de rayos X tan cerca de nuestro sistema solar? Los científicos teorizaron que había una enorme burbuja de gas caliente ionizado que envuelve nuestro sistema solar, con electrones con la suficiente energía para liberar rayos X así. Llamaron a esta estructura "Burbuja Caliente Local".
"Creemos que hace unos 10 millones de años, una supernova explotó e ionizó el gas de la Burbuja Caliente Local", dice Galeazzi. "Pero una supernova no sería suficiente para crear una cavidad tan grande y llegar a estas temperaturas -por lo que fueron probablemente dos o tres supernovas sucesivas, una dentro de otra."
La Burbuja Caliente Local fue la teoría predominante durante muchos años. Luego, a finales de 1990, los científicos descubrieron otra fuente de rayos X: un proceso llamado intercambio de carga de viento solar.
Hasta el vuelo del cohete sonda DXL (abreviatura de emisión Difusa de rayos X de la galaxia Local ) de la NASA, en 2012, los científicos no han tenido respuestas concretas acerca de las fuentes de esos rayos X. En un nuevo estudio, publicado en la revista Astrophysical Journal, los datos de DXL confirman algunas de nuestras ideas acerca de dónde proceden estos rayos X, y de paso refuerzan nuestra comprensión de la historia temprana de nuestra vecindad solar. Pero también revelan un nuevo misterio: un grupo entero de rayos X que no proceden de ninguna fuente conocida.
Las dos fuentes conocidas de emisiones de rayos X son el viento solar -el mar de materia solar que llena el sistema solar-, y la Burbuja Caliente Local, un área teórica de material interestelar caliente que rodea nuestro sistema solar.
"Demostramos que la contribución de rayos X del intercambio de carga del viento solar es de aproximadamente el cuarenta por ciento en el plano galáctico, e incluso menos en otros lugares", dice Massimiliano Galeazzi, astrofísico de la Universidad de Miami (EE.UU.) y uno de los autores del estudio, en una nota de prensa de la NASA. "De modo que el resto de los rayos X debe venir de la Burbuja Caliente Local, lo que demuestra que existe."
Sin embargo, DXL también midió unos rayos X de alta energía que no pueden venir del viento solar o de la Burbuja.
"A energías más altas, estas fuentes contribuyen menos de una cuarta parte de las emisiones de rayos X", dice Youaraj Uprety, autor principal del estudio y astrofísico de la Universidad de Miami en el momento en que se realizó la investigación. "Así que hay una fuente desconocida de rayos X en este rango de energía."
Tres teorías
En las décadas que han pasado desde que se descubrió por primera vez la emisión de rayos X que impregna el espacio, han predominado tres teorías principales para explicar sus orígenes. En primer lugar, y se descartó rápidamente, surgió la idea de que estos rayos X son un tipo de ruido de fondo, procedente de los lejanos confines del universo. Nuestra galaxia tiene una gran cantidad de gas neutro que absorbería rayos X procedentes de fuentes distantes, lo que significa que estos rayos X deben de originarse en algún lugar cercano a nuestro sistema solar.
Entonces, ¿qué podría producir este tipo de rayos X tan cerca de nuestro sistema solar? Los científicos teorizaron que había una enorme burbuja de gas caliente ionizado que envuelve nuestro sistema solar, con electrones con la suficiente energía para liberar rayos X así. Llamaron a esta estructura "Burbuja Caliente Local".
"Creemos que hace unos 10 millones de años, una supernova explotó e ionizó el gas de la Burbuja Caliente Local", dice Galeazzi. "Pero una supernova no sería suficiente para crear una cavidad tan grande y llegar a estas temperaturas -por lo que fueron probablemente dos o tres supernovas sucesivas, una dentro de otra."
La Burbuja Caliente Local fue la teoría predominante durante muchos años. Luego, a finales de 1990, los científicos descubrieron otra fuente de rayos X: un proceso llamado intercambio de carga de viento solar.
Fuente solar
Nuestro sol está liberando constantemente material solar en todas las direcciones, un flujo de partículas cargadas llamada viento solar. Como el sol, el viento solar se compone de gas ionizado, donde los electrones y los iones se han separado. Esto significa que el viento solar puede llevar campos eléctricos y magnéticos.
Cuando el viento solar cargado interactúa con bolsas de gas neutro, donde los electrones y los iones están todavía fuertemente unidos entre sí, puede coger electrones de estas partículas neutras, excitándolos. A medida que estos electrones vuelven de nuevo a un estado estable, pierden energía en forma de rayos X, el mismo tipo de rayos X que se había pensado que venían de la Burbuja Caliente Local.
El descubrimiento de esta fuente de rayos X del viento solar plantea un problema para la teoría de la Burbuja, ya que la única indicación de que existía eran estas observaciones de rayos X. Pero si existiera la Burbuja Caliente, podría decirnos mucho acerca de cómo se formó nuestro rincón de la galaxia.
"Identificar la contribución de rayos X de la Burbuja es importante para la comprensión de la estructura que rodea nuestro sistema solar", dice Uprety, que ahora es astrofísico en la Middle Tennessee State University. "Nos ayuda a construir mejores modelos de la materia interestelar en nuestra vecindad solar."
El cohete sonda
Distinguir entre los rayos X del viento solar y los rayos X de la Burbuja Caliente fue un desafío -y ahí es donde entra en juego DXL. DXL voló en lo que se llama un cohete sonda, que vuela por encima de la atmósfera terrestre durante unos 15 minutos. Estos pocos minutos de tiempo de observación son valiosos, ya que la Tierra bloquea la mayoría de estos rayos X, haciendo observaciones como esta imposible desde tierra. Tales cohetes sonda de corta duración proporcionan una forma relativamente barata de recoger sólidas observaciones espaciales.
DXL es la segunda nave espacial que mide los rayos X en cuestión, pero a diferencia de la misión anterior -un satélite llamado Rosat- DXL voló, el 13 de diciembre de 2012, en un momento en que la Tierra estaba pasando por algo que se llama cono de helio. El cono de helio es una región del espacio donde el helio neutro es varias veces más denso que en el resto del sistema solar interior.
"El sistema solar se mueve a través del espacio interestelar a unos 25 kilómetros por segundo", dice Uprety. "Este espacio está lleno de hidrógeno y helio. El helio es un poco más pesado, por lo que forma una cola alrededor del sol".
Debido a que el intercambio de carga de viento solar depende de tener un montón de material neutro para interactuar con él, la medición de los rayos X en el cono de helio podría ayudar a los científicos a determinar definitivamente la cantidad de la emisión de rayos X que proviene del viento solar, y cuánto -en su caso- proviene de la Burbuja Caliente Local.
Los datos de DXL revelaron que alrededor del cuarenta por ciento de los rayos X más observados provienen del viento solar. Pero en los rangos más altos de energía, algunos rayos X están todavía sin explicar. Las observaciones de DXL muestran que menos de una cuarta parte de las emisiones de rayos X en los niveles más altos de energía proviene del viento solar, y la Burbuja Caliente Local no es una buena explicación tampoco.
"La temperatura de la Burbuja no es lo suficientemente alta como para producir rayos X en este rango de energía", dice Uprety. "Así que nos quedamos con una pregunta abierta sobre la fuente de estos rayos X".
Nuestro sol está liberando constantemente material solar en todas las direcciones, un flujo de partículas cargadas llamada viento solar. Como el sol, el viento solar se compone de gas ionizado, donde los electrones y los iones se han separado. Esto significa que el viento solar puede llevar campos eléctricos y magnéticos.
Cuando el viento solar cargado interactúa con bolsas de gas neutro, donde los electrones y los iones están todavía fuertemente unidos entre sí, puede coger electrones de estas partículas neutras, excitándolos. A medida que estos electrones vuelven de nuevo a un estado estable, pierden energía en forma de rayos X, el mismo tipo de rayos X que se había pensado que venían de la Burbuja Caliente Local.
El descubrimiento de esta fuente de rayos X del viento solar plantea un problema para la teoría de la Burbuja, ya que la única indicación de que existía eran estas observaciones de rayos X. Pero si existiera la Burbuja Caliente, podría decirnos mucho acerca de cómo se formó nuestro rincón de la galaxia.
"Identificar la contribución de rayos X de la Burbuja es importante para la comprensión de la estructura que rodea nuestro sistema solar", dice Uprety, que ahora es astrofísico en la Middle Tennessee State University. "Nos ayuda a construir mejores modelos de la materia interestelar en nuestra vecindad solar."
El cohete sonda
Distinguir entre los rayos X del viento solar y los rayos X de la Burbuja Caliente fue un desafío -y ahí es donde entra en juego DXL. DXL voló en lo que se llama un cohete sonda, que vuela por encima de la atmósfera terrestre durante unos 15 minutos. Estos pocos minutos de tiempo de observación son valiosos, ya que la Tierra bloquea la mayoría de estos rayos X, haciendo observaciones como esta imposible desde tierra. Tales cohetes sonda de corta duración proporcionan una forma relativamente barata de recoger sólidas observaciones espaciales.
DXL es la segunda nave espacial que mide los rayos X en cuestión, pero a diferencia de la misión anterior -un satélite llamado Rosat- DXL voló, el 13 de diciembre de 2012, en un momento en que la Tierra estaba pasando por algo que se llama cono de helio. El cono de helio es una región del espacio donde el helio neutro es varias veces más denso que en el resto del sistema solar interior.
"El sistema solar se mueve a través del espacio interestelar a unos 25 kilómetros por segundo", dice Uprety. "Este espacio está lleno de hidrógeno y helio. El helio es un poco más pesado, por lo que forma una cola alrededor del sol".
Debido a que el intercambio de carga de viento solar depende de tener un montón de material neutro para interactuar con él, la medición de los rayos X en el cono de helio podría ayudar a los científicos a determinar definitivamente la cantidad de la emisión de rayos X que proviene del viento solar, y cuánto -en su caso- proviene de la Burbuja Caliente Local.
Los datos de DXL revelaron que alrededor del cuarenta por ciento de los rayos X más observados provienen del viento solar. Pero en los rangos más altos de energía, algunos rayos X están todavía sin explicar. Las observaciones de DXL muestran que menos de una cuarta parte de las emisiones de rayos X en los niveles más altos de energía proviene del viento solar, y la Burbuja Caliente Local no es una buena explicación tampoco.
"La temperatura de la Burbuja no es lo suficientemente alta como para producir rayos X en este rango de energía", dice Uprety. "Así que nos quedamos con una pregunta abierta sobre la fuente de estos rayos X".
Referencia bibliográfica:
Y. Uprety, M. Chiao, M. R. Collier, T. Cravens, M. Galeazzi, D. Koutroumpa, K. D. Kuntz, R. Lallement, S. T. Lepri, W. Liu, D. McCammon, K. Morgan, F. S. Porter, K. Prasai, S. L. Snowden, N. E. Thomas, E. Ursino, B. M. Walsh: SOLAR WIND CHARGE EXCHANGE CONTRIBUTION TO THEROSATALL SKY SURVEY MAPS. The Astrophysical Journal (2016). DOI: 10.3847/0004-637X/829/2/83.
Y. Uprety, M. Chiao, M. R. Collier, T. Cravens, M. Galeazzi, D. Koutroumpa, K. D. Kuntz, R. Lallement, S. T. Lepri, W. Liu, D. McCammon, K. Morgan, F. S. Porter, K. Prasai, S. L. Snowden, N. E. Thomas, E. Ursino, B. M. Walsh: SOLAR WIND CHARGE EXCHANGE CONTRIBUTION TO THEROSATALL SKY SURVEY MAPS. The Astrophysical Journal (2016). DOI: 10.3847/0004-637X/829/2/83.