[El Centro Galáctico del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Crédito: NASA/CXC/SAO, JPL-Caltech, MSFC, STScI, ESA/CSA, SDSS, ESO]
El centro de la Vía Láctea, a unos 26,000 años luz de la Tierra, es una región bastante compleja que ha sido observada en diferente tipos de luz, que van desde los rayos X hasta los infrarrojos y el radio, por algunos de los telescopios más potentes del mundo. Estas imágenes proporcionan gran detalle y mucha información sobre lo que sucede en el corazón de nuestra Galaxia.
Uno de estos telescopios es el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, que en 2009 publicó una imagen de una región de 900 x 400 años luz de tamaño del centro de nuestra Galaxia[1]. La imagen, un mosaico de 88 diferentes posiciones tomadas con Chandra, no es el tipo de imagen de rayos X que estamos acostumbrados a ver en nuestras visitas al médico. Esta colorida imagen en tonalidades de naranja, verde, azul y violeta, es una representación en color de los rayos X de baja energía (rojo), los rayos X de energía intermedia (verde) y los rayos X de alta energía (azul), que nos permiten explorar muchos eventos cósmicos. La energía de la luz en rayos X es entre100 y 40,000 veces mayor que la luz visible y, en el centro de la Vía Láctea, esta es producida por un agujero negro supermasivo, nubes de gas muy calientes, estrellas masivas, estrellas de neutrones y mucho más.
[Centro Galáctico del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA con etiquetas para cada objeto analizado aquí. Crédito: NASA/CXC/UMass/D. Wang y otros]
En esta imagen, Sagitario A* (Sgr A*) esta dentro del semicírculo brillante cerca del centro, que junto con Sgr A Este y Sgr A Oeste, contribuye a la producción de intensos rayos X en esta región. Probablemente el más espectacular de los tres objetos es Sgr A*, dado que es un agujero negro supermasivo de 4 millones de masas solares que marca el centro de la Vía Láctea. Sgr A* fué observado en 2022 con la red global de observatorios de radio sincronizados llamado Event Horizon Telescope (EHT); este fue el segundo agujero negro observado por el EHT[2]. Sgr A East, por otro lado, es el remanente de una supernova (SN) que explotó hace unos 10.000 años. En otro estudio de esta remanente SN, realizado también con Chandra, concluyó que la explosión probablemente fue producida por una SN termonuclear peculiar Tipo Iax, que como su nombre lo indica, no es muy común[3].
[Datos de rayos X de Chandra (azul) y emisión de radio del Very Large Array (rojo) Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Nanjing Univ./P. Zhou y cols. Radio: NSF/NRAO/VLA)]
Sgr A West es una estructura de gas en forma de espiral que parece estar cayendo hacia Sgr A*. La forma de espiral se puede ver más claramente en una imagen tomada en radio con el Very Large Array (VLA) en Nuevo México.
[Sgr A West, que muestra que la fuente puntual en el Centro Galáctico está rodeada por lo que parecen ser brazos espirales de gas que orbitan este objeto. Crédito: Roberts et al. NRAO/AUI./NSF]
Llenando la región se ve una neblina difusa de rayos X que proviene de gas que ha sido calentado a millones de grados por vientos de estrellas jóvenes masivas, explosiones de estrellas moribundas y flujos de gas expulsados por Sgr A*. Además, el área alrededor de Sgr A* contiene varios filamentos en rayos X que son muy misteriosos. Algunos probablemente representan enormes estructuras magnéticas que interactúan con corrientes de electrones muy energéticos, producidos por estrellas de neutrones que giran rápidamente; algo similar a las erupciones solares que observamos en nuestro Sol pero en una escala mucho mayor.
Las dos fuentes brillantes a la derecha e izquierda de Ser A, identificadas como fuentes 1E, podrían ser producidas por objetos binarios, cada uno de los cuales contiene un agujero negro o una estrella de neutrones. También hay muchas estrellas masivas en el Arco y en cúmulos estelares etiquetados como DB los cuales muy pronto producirán más supernovas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Es posible que el objeto “X-ray Thread” (o “Hilo de rayos X"), que aparece como una nube alargada en la parte superior derecha de la imagen, también sea una supernova. Además de Sgr A East, tenemos otra supernova en esta imagen que se llama SNR 0.9-0.1. En otros estudios, astrónomos han identificado que esta supernova también muestra una emisión de rayos gamma de muy alta energía (>100 GeV) y que esta es probablemente producida por un nebulosa púlsar de viento[4]; este tipo de púlsares se encuentran en muchos de los restos de supernovas. También hay cientos de fuentes puntuales sin nombre que los científicos creen que son estrellas de neutrones solitarias o enanas blancas que iluminan la región. Finalmente, Sgr A, B1, B2 y C son regiones de gas más frío donde se están formando estrellas. Estas regiones normalmente son demasiado frías para ser detectadas en rayos X, pero los bordes de estas nubes se han calentado permitiendo que Chandra vea su brillo en rayos X.
Este gas más frío ha sido estudiado por otros telescopios infrarrojos y radiotelescopios. Un ejemplo de estas observaciones son las imágenes interferométricas de Sgr A obtenidas por GRAVITY en 2016.[5]
[Observaciones interferométricas de GRAVEDAD del Centro Galáctico. Como estrella de referencia se utilizó la estrella IRS 16C, el objetivo real era la estrella S2. La cruz naranja es la posición del agujero negro central. Crédito: ESO/MPE/S. Gillessen y col.]
O la imagen de Sgr B2, la nube molecular gigante observada por el radiotelescopio Very Large Array (VLA) en Nuevo México, USA [6].
[La nube molecular gigante, conocida como Sagitario B2 (Norte). Esta imagen del VLA muestra gas hidrógeno en una región de casi 3 años luz de diámetro. El rojo indica una emisión de radio más fuerte; azul más débil. Crédito: Archivos NRAO/AUI]
Otra vista espectacular del centro galáctico fue obtenida por el radiotelescopio MeerKAT en Sudáfrica. Las observaciones de radio penetran el polvo que oscurece la vista de esta región en otras longitudes de onda. Estas observaciones nos dan una gran cantidad de información sobre la actividad que ocurre en el Centro Galáctico.
[Imagen MeerKAT del Centro Galáctico mostrada con el plano galáctico corriendo horizontalmente a través de la imagen. Crédito: I. Heywood, SARAO]
La imagen es un mosaico de 20 observaciones independientes que se obtuvieron con 200 horas de tiempo de telescopio y que cubren un área de 6 grados cuadrados (12 veces el tamaño de la Luna), lo que corresponde a aproximadamente 1000 por 5000 años luz en tamaño[7]. La imagen revela mucha actividad producida por los objetos observados con Chandra, pero también nos muestra claramente las regiones compactas de formación de estrellas junto con una gran población de misteriosos filamentos. La energía de las ondas de radio es aproximadamente 0.0000001 veces la de la luz visible y es en estas energías donde las moléculas, que sobreviven sólo en ambientes muy fríos como los de las regiones de formación estelar, emiten fotones (o paquetes de luz) que podemos observar. Aquí, Srg B1 y Sri B2 brillan intensamente porque son regiones de gas molecular denso en donde se están formando estrellas.
La alta resolución de estas imágenes permitió a un grupo de astrónomos utilizar colores para indicar la pendiente espectral de las ondas de radio emitidas[8]. Estos colores, a diferencia de las imágenes de Chandra, se relacionan con lo que los radioastrónomos llaman "índice espectral” que indica cual es el tipo de emisión que produjo estas ondas de radio; p.ej. partículas cargadas eléctricamente, conocidas como electrones, que se mueven a través de campos magnéticos, emisión en la longitud de onda de 21 centímetros emitida espontáneamente por los átomos de hidrógeno o emisión de moléculas como el CO.
[MilkyWay-MeerKAT-spectra.jpg .Crédito: SARAO / I. Heywood / J. C. Muñoz-Mateos]
La característica amplia que corre verticalmente a través del centro de la imagen es una serie de filamentos paralelos que siguen la cara interior de las Burbujas de Radio. Estas burbujas son las piezas de una estructura en forma de reloj de arena que se extiende por 1,400 años luz y es simétrica con respecto a Srg A*. Los astrónomos especulan que estas fueron producidas por un evento muy poderoso que ocurrió hace unos pocos millones de años y muy cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Una observación más detallada de esta región revela la complejidad caótica del corazón de nuestra Galaxia.
[La compleja emisión similar a un cirro de la súper burbuja del Centro Galáctico. El arco de radio está atravesado por un complejo de muchos filamentos de radio paralelos. El punto brillante cerca del centro de esta región es Sgr A*. Crédito: I. Heywood, SARAO.]
Más a la derecha, apareciendo como una gran burbuja, se encuentra el remanente de la supernova G359.1-0.5 la cual parece estar conectada con el plano galáctico por el filamento de radio más largo que se conoce y que es llamado "la Serpiente". Esta remanente de supernova no aparece en las imágenes de Chandra, pero en la imagen tan detallada que tomó MeerKAT, también podemos ver a un púlsar fugitivo llamado ‘el Ratón’, el cual posiblemente fue formado y expulsado por el evento de la supernova.
[En el centro está la imagen del remanente de SN G359.1-0.5. A la izquierda está "el Ratón", arriba a la derecha está "la Serpiente". Crédito: I. Heywood, SARAO.]
Es evidente que hay mucho más que aprender de estas imágenes. Los astrónomos seguirán utilizándolas y realizando nuevas observaciones para así revelar más misterios del Centro Galáctico.
Referencias:
[1] https://chandra.harvard.edu/photo/2023/archives/more.html
[2] https://eventhorizontelescope.org/blog/astronomers-reveal-first-image-black-hole-heart-our-galaxy
[3]https://chandra.harvard.edu/photo/2021/sgrae/
[4]F. Aharonian et al 2005, A&A 432, L25
[5]GRAVITY Image https://www.eso.org/public/images/eso1622b/
[6] https://www.nrao.edu/archives/exhibits/show/legacy-astronomical-images/item/33432
[7] https://www.sarao.ac.za/media-releases/new-meerkat-radio-image-reveals-complex-heart-of-the-milky-way/
[8] I. Heywood et al 2022 ApJ 925 165