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8 de Enero de 2021
Astronomía

Descubren dos enormes burbujas que se elevan sobre la Vía Láctea

Durante décadas, los astrónomos debatieron si una cierta mancha en el cielo era cercana y pequeña, o distante e inmensa. Un nuevo mapa de rayos X apoya la segunda opción.

En esta imagen de todo el cielo en rayos X se aprecian las dos enormes burbujas que se extienden por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea. El origen de las burbujas seguramente está relacionado con el agujero negro supermasivo del centro de la galaxia. [Jeremy Sanders, Hermann Brunner y el equipo eSASS (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (en representación del IKI)]

Cuando Peter Predehl, astrofísico del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre de Garching, posó sus ojos por primera vez en el nuevo mapa de los objetos más calientes del universo, reconoció de inmediato las secuelas de una catástrofe galáctica. Una brillante nube amarilla se elevaba decenas de miles de años luz sobre el disco plano de la Vía Láctea, con una nube gemela más tenue extendiéndose en sentido opuesto.

La estructura era tan obvia que apenas parecía necesario describirla por escrito. Pero «la revista Nature no aceptaría que simplemente enviáramos una foto y dijésemos, "Bueno, pues podemos ver esto"», bromea Predehl. «Por lo tanto, llevamos a cabo un análisis.»

Los resultados, publicados en Nature el 9 de diciembre del año pasado, han hecho que una idea de hace décadas pase de ser marginal a ser aceptada por la comunidad astronómica.

En la década de 1950, los astrónomos observaron por primera vez un arco que emitía ondas de radio suspendido sobre el plano galáctico (al «norte» de dicho plano). En las décadas siguientes, el «espolón del polo norte» (North Polar Spur) se ha convertido en una especie de test de Rorschach celeste. Algunos creen ver en este objeto las entrañas dispersas de una antigua estrella relativamente cercana, mientras que otros aprecian indicios de una explosión más imponente.

Esta controversia gira en torno al mayor quebradero de cabeza de cualquier astrónomo: cuando miran al espacio, los investigadores no tienen percepción de la profundidad. «Vemos el mapa en dos dimensiones de un universo tridimensional», lamenta Kaustav Das, del Instituto de Tecnología de California.

Durante décadas, la mayoría de los astrónomos pensaron que el espolón del polo norte formaba parte de nuestro vecindario galáctico local. Algunos estudios concluyeron que estaba conectado con nubes de gas cercanas. Otros observaron cómo distorsionaba las estrellas de fondo y dedujeron que se trataba de un remanente de supernova, una nube de polvo que señala la lápida de una estrella muerta.

Sin embargo, Yoshiaki Sofue, astrónomo de la Universidad de Tokio, siempre ha pensado que el espolón tenía un aspecto extraño para ser una nube de restos estelares. En cambio, imaginó que el arco era un tramo de una enorme estructura invisible, formada por un par de burbujas a horcajadas sobre el centro de la galaxia.

En 1977, Sofue publicó unas simulaciones que producían nubes que concordaban bien con el espolón, y lleva desde entonces diciéndole a cualquiera que quiera escucharlo que el espolón en realidad se eleva decenas de miles de años luz sobre el disco galáctico. El científico lo identificó con la onda de choque de una catástrofe galáctica acaecida hace millones de años.

Pero si Sofue estaba en lo cierto, también debería existir una estructura gemela al sur del plano galáctico. Los astrónomos no hallaron ningún rastro de esa otra estructura, y la mayoría de ellos permanecieron escépticos.

Entonces, en 2010, el telescopio espacial Fermi captó el tenue brillo en rayos gamma de dos enormes lóbulos, cada uno de los cuales se extiende unos 20.000 años luz desde el centro de la galaxia. Eran demasiado pequeños para explicar el espolón del polo norte, pero por lo demás se parecían a las nubes de gas caliente de tamaño galáctico que había pronosticado Sofue. Los astrónomos comenzaron a dudar: si la galaxia tenía al menos un par de burbujas, ¿podía ser el espolón parte de un segundo conjunto?

Diagrama que muestra el tamaño y la ubicación de las dos burbujas de rayos X y las dos burbujas de Fermi. [Samuel Velasco/<em>Quanta Magazine</em>; fuente: <a href="https://doi.org/10.1038/s41586-020-2979-0" target="_blank">Peter Predehel et al./</a><em><a href="https://doi.org/10.1038/s41586-020-2979-0" target="_blank"><em>Nature</em></a></em>]

«Tras el descubrimiento de las burbujas de Fermi, la situación cambió de manera drástica», apunta Jun Kataoka, astrónomo de la Universidad de Waseda, en Japón, que ha colaborado con Sofue.

Las nuevas imágenes han consolidado aún más el cambio de opinión. Proceden de eROSITA, un telescopio espacial de rayos X que se lanzó en 2019 para estudiar el efecto de la energía oscura en los cúmulos de galaxias. El equipo de eROSITA publicó un mapa preliminar en junio, fruto de los primeros seis meses de observaciones del telescopio.

El mapa muestra dos burbujas de rayos X con una altura estimada de 45.000 años luz, que envuelven las burbujas de Fermi de rayos gamma. Los rayos X provienen de un gas que se encuentra a temperaturas de entre 3 y 4 millones de kelvin y se expande hacia fuera a una velocidad de 300 o 400 kilómetros por segundo. La burbuja del norte se corresponde perfectamente con el espolón, y lo que es más: la existencia de su imagen especular también resulta evidente, de acuerdo con las predicciones de Sofue. «Me alegró especialmente ver la burbuja del sur de una manera tan clara, tan similar a mi simulación», comenta.

Aun así, sigue siendo difícil explicar todas las observaciones del espolón del polo norte; por ejemplo, podría ser que un remanente de supernova cercano se hubiera situado por casualidad delante de las burbujas de rayos X, lo que conferiría cierta validez a ambas interpretaciones. En septiembre, Das y sus colaboradores usaron observaciones recientes de estrellas distantes para mostrar que hay alguna nube de polvo a unos 450 años luz de distancia (a tiro de piedra, en términos galácticos).

En esta imagen compuesta, que incluye tanto observaciones en rayos X (<em>azul</em>) como en rayos gamma (<em>rojo</em>), se distinguen claramente las burbujas de rayos X y las burbujas de Fermi. [<a href="https://www.nature.com/articles/s41586-020-2979-0" target="_blank">P. Predehl et al./<em>Nature</em></a>]

Pero el significado de las burbujas observadas por eROSITA sí está claro: algo explotó en el centro de la Vía Láctea hace entre unos 15 y 20 millones de años, en torno a la misma época en que las hienas y las comadrejas aparecían en la Tierra.

«Creo que ahora [el debate] está más o menos zanjado», asegura Predehl, que se pasó 25 años desarrollando eROSITA.

¿Y qué explotó? Si tenemos en cuenta la energía necesaria para dar lugar a nubes tan grandes y calientes, hay dos posibles fuentes.

Una posibilidad es que decenas de miles de estrellas surgieran y estallaran rápidamente, un comportamiento que sabemos que se produce en las galaxias con brotes estelares (galaxias starburst). Pero las burbujas parecen bastante puras, sin la pesada metralla atómica con la que una cohorte de estrellas en explosión debería haberlas salpicado. «La abundancia de metales es muy baja, así que no creo que se produjeran brotes estelares», razona Kataoka.

El otro sospechoso es el agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la galaxia. Ese leviatán de 4 millones de masas solares está relativamente tranquilo hoy en día. Pero si en un momento dado una gran nube de gas hubiera pasado demasiado cerca, el agujero negro podría haberse encendido como un foco.

El agujero negro se habría dado un festín con la desafortunada transeúnte, engullendo la mitad de la nube mientras la energía de la otra mitad salía disparada por encima y por debajo del disco. Eso habría inflado las burbujas de rayos X y quizás también las burbujas de Fermi (aunque ambos pares podrían corresponder a distintos episodios de actividad, observa Predehl).

Los astrónomos llevan tiempo observando otras galaxias que emiten chorros por encima y por debajo de sus discos, y se preguntaban por qué los agujeros negros supermasivos centrales de esas galaxias se agitan de manera mucho más violenta que el nuestro. Las burbujas de Fermi, y ahora las burbujas de eROSITA, sugieren que la principal diferencia podría ser simplemente el paso del tiempo.

Charlie Wood/Quanta Magazine

Artículo traducido por Investigación y Ciencia con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: «Detection of large-scale X-ray bubbles in the Milky Way halo», Peter Predehl et al. en Nature, vol. 588, págs. 227–231, 9 de diciembre de 2020.

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