Este objeto se destaca por ser uno de los emisores de neutrinos cósmicos más brillantes del cielo. Fueron necesarios 15 años de observaciones para lograr la imagen.
Por Víctor Ingrassia
Fuente: Infobae
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Durante 15 años, un conjunto de radiotelescopios conectados a lo largo de todo el planeta apuntó hacia un rincón remoto del universo, a miles de millones de años luz de la Tierra. El resultado fue una imagen sacada de los libros de novelas.
La imagen, que combina precisión técnica con una espectacularidad visual recuerde al temido “Ojo de Sauron” de la famosa saga literaria y cinematográfica El Señor de los Anillos. Se trata de un blázar, un fenómeno extremo en el corazón de una galaxia activa, capaz de emitir energía a niveles que desafían nuestra comprensión.
El protagonista de este hallazgo es PKS 1424+240, un blázar que había desconcertado a los científicos durante más de una década. Este objeto se destaca por ser uno de los emisores de neutrinos cósmicos más brillantes del cielo, según observaciones realizadas por el Observatorio de Neutrinos IceCube en el Polo Sur.
Además, irradia rayos gamma de altísima energía, detectados por telescopios Cherenkov terrestres. Sin embargo, su chorro de radio parecía moverse a velocidad reducida, un comportamiento que contradice las expectativas teóricas, que indicaban que solo los chorros más rápidos podían generar emisiones tan intensas.
Para desentrañar este misterio, los investigadores recurrieron a 15 años de observaciones con el Very Long Baseline Array (VLBA), un sistema de radiotelescopios interconectados que, mediante interferometría de línea de base muy larga (VLBI), permite obtener una resolución equivalente al tamaño de la Tierra. Esta técnica ofrece un nivel de detalle inigualable, lo que hizo posible cartografiar la estructura interna del chorro del blázar y descubrir características que permanecían ocultas hasta ahora.
“Cuando reconstruimos la imagen, se veía absolutamente impresionante”, afirmó Yuri Kovalev, autor principal del estudio e investigador del proyecto MuSES en el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), que publicó los resultados de sus estudios en la revista Astronomy & Astrophysics. “Nunca habíamos visto nada igual: un campo magnético toroidal casi perfecto con un chorro apuntando directamente hacia nosotros”, agregó.
Este alineamiento particular explica el comportamiento antes desconcertante de PKS 1424+240. “Esta alineación provoca un aumento del brillo de 30 veces o más”, explicó Jack Livingston, coautor del estudio en el MPIfR. Al mismo tiempo, el efecto de perspectiva hace que el chorro aparente moverse lentamente, aunque su velocidad real se aproxima a la de la luz.
Esta ilusión óptica permitió a los astrónomos observar directamente el corazón del chorro, ofreciendo una oportunidad única para estudiar cómo los núcleos galácticos activos, impulsados por agujeros negros supermasivos, aceleran partículas a energías extremas y producen neutrinos cósmicos.
El análisis de la polarización de la señal de radio permitió revelar que el campo magnético del chorro tiene probablemente una forma helicoidal o toroidal. Esta configuración resulta clave para mantener la colimación del flujo de plasma y facilitar la aceleración de partículas, un mecanismo fundamental que conecta la dinámica de los agujeros negros con la emisión de neutrinos y rayos gamma.
“Resolver este enigma confirma que los núcleos galácticos activos con agujeros negros supermasivos no solo son potentes aceleradores de electrones, sino también de protones, el origen de los neutrinos de alta energía observados”, concluyó Kovalev.
El estudio representa un hito dentro del programa MOJAVE, un proyecto de varias décadas que monitorea chorros relativistas en galaxias activas usando el VLBA. Anton Zensus, director del MPIfR y cofundador de MOJAVE, señaló: “Cuando iniciamos MOJAVE, la idea de algún día conectar directamente los chorros de agujeros negros distantes con los neutrinos cósmicos parecía ciencia ficción. Hoy, nuestras observaciones la hacen realidad”. Este logro refuerza la importancia de la astronomía multimensajero, combinando luz, partículas y campos magnéticos para comprender fenómenos astrofísicos de extrema energía.
Qué es un blázar en astronomía
Un blázar es, en esencia, un tipo de núcleo galáctico activo con un agujero negro supermasivo en su centro. La materia que cae hacia él no se consume por completo; parte se canaliza en chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz y emiten radiación que puede superar en brillo a todas las estrellas de la galaxia. Lo que distingue a un blázar de otros núcleos galácticos es la orientación de uno de esos chorros casi directamente hacia la Tierra. Esta geometría provoca un efecto conocido como “refuerzo relativista”, que amplifica el brillo aparente del objeto y hace que su comportamiento sea más extremo e impredecible.
PKS 1424+240 se encuentra a una distancia inimaginable desde la perspectiva humana, pero sus emisiones de rayos gamma y neutrinos son detectables gracias a la combinación de tecnologías avanzadas y observaciones persistentes. Su estudio ofrece información crítica sobre los mecanismos internos de los blázares y proporciona un laboratorio natural para investigar cómo los agujeros negros supermasivos aceleran partículas y generan radiación de alta energía.
No todos los blázares son iguales. Existen objetos BL Lacertae (BL Lac), que muestran un espectro casi sin líneas de emisión, lo que dificulta su análisis en ciertas longitudes de onda. Su brillo puede variar rápidamente y su polarización suele ser alta. En contraste, los cuásares de espectro plano, también denominados Flat Spectrum Radio Quasars (FSRQ), presentan líneas de emisión claras, un espectro de radio plano y tienden a ubicarse a mayores distancias. La diferencia con los cuásares comunes radica en la orientación de los chorros: en los cuásares no apuntan hacia la Tierra, mientras que en los blázares uno de ellos sí, lo que intensifica su brillo aparente y los convierte en emisores de partículas de alta energía.
El estudio de blázares cercanos, como Markarian 421, ubicado a unos 400 millones de años luz, permite a los astrónomos observar con mayor detalle el comportamiento de estos núcleos galácticos activos. Por otro lado, blázares como TXS 0506+056, que se encuentra a unos 4.000 millones de años luz, son ejemplos de objetos extremadamente poderosos.
Este último se hizo famoso en 2017 al detectarse un neutrino de alta energía proveniente de su dirección, lo que marcó un hito en la astronomía moderna al vincular partículas subatómicas con una fuente astrofísica fuera de la Vía Láctea. Estudiar estos objetos permite comprender los procesos más extremos que ocurren cerca de agujeros negros supermasivos y cómo generan tanto luz como partículas de energía extrema.
Un elemento crucial del descubrimiento de PKS 1424+240 fue la combinación de métodos. La cinemática estelar permitió estudiar la velocidad y la dinámica de las estrellas alrededor del núcleo galáctico, mientras que las lentes gravitacionales ofrecieron información sobre la distorsión de la luz causada por la enorme masa del blázar. La combinación de ambas técnicas proporcionó una confirmación robusta de la masa y la estructura interna del chorro, superando las limitaciones de mediciones previas que se basaban únicamente en observaciones de acreción de materia.
Los neutrinos, partículas subatómicas casi indetectables, desempeñan un papel central en este estudio. Miles de millones de ellos atraviesan cada segundo nuestro cuerpo sin interactuar con la materia. Detectar estos neutrinos provenientes de blázares como PKS 1424+240 permite rastrear los procesos de aceleración de protones y electrones a energías extremas, abriendo la puerta a la astronomía de partículas y ofreciendo un vínculo directo entre la física de altas energías y la cosmología.
El hallazgo de este blázar y su imagen detallada representa un avance significativo en la astronomía moderna. Permite explorar cómo los agujeros negros supermasivos generan chorros relativistas, aceleran partículas a velocidades cercanas a la luz y producen neutrinos y rayos gamma. Además, refuerza la importancia de la orientación de los chorros y de la estructura magnética interna en la emisión de energía. “El resultado es impresionante. Nunca habíamos visto algo así”, afirmó Kovalev, describiendo la relevancia del descubrimiento.
Implicaciones del descubrimiento para la astrofísica
Este hallazgo no solo resuelve un enigma de años, sino que también abre nuevas posibilidades de estudio para otros blázares y cuásares activos en el universo. La precisión alcanzada gracias al VLBA permite analizar detalles de objetos que se encuentran a distancias extremas, más allá del alcance de métodos tradicionales. La astronomía multimensajero, combinando luz y partículas como neutrinos, se consolida como una herramienta clave para entender fenómenos extremos.
Además, estudiar blázares proporciona información sobre la evolución de las galaxias y la actividad de sus agujeros negros. Los chorros relativistas pueden influir en la formación de estrellas y en la distribución de materia en su entorno. Comprender estos mecanismos contribuye a explicar cómo se estructuran las galaxias y cómo interactúan con su entorno cósmico, ofreciendo una visión integral de la dinámica del universo.
En términos de seguridad, los blázares no representan un peligro para la Tierra. La distancia que nos separa de estos objetos es tan inmensa que su radiación, por más intensa que sea, no impacta directamente nuestro planeta. Su relevancia reside en la información que proporcionan sobre los procesos cósmicos más extremos y en la posibilidad de conectar partículas subatómicas con eventos astrofísicos a gran escala.
La detección de PKS 1424+240 demuestra cómo la combinación de observaciones prolongadas, tecnología avanzada y teoría astrofísica permite resolver enigmas de décadas.
Este hallazgo refuerza la conexión entre los campos magnéticos, la aceleración de partículas y la emisión de rayos gamma y neutrinos, consolidando el papel de los blázares como objetos esenciales para comprender los límites del universo observable y la física de los agujeros negros supermasivos.