3 ago. 2014

El origen de las burbujas de Fermi por encima y debajo de la Vía Láctea continúa siendo un misterio

En el año 2011 un grupo de científicos realizó un análisis de los datos aportados por el Observatorio de Rayos Gamma Fermi de la NASA, el cual reveló dos estructuras masivas por encima y debajo de nuestra galaxia nunca antes vistas. Este grupo de astrofísicos situaron las dos protuberancias a unos 50º por arriba y por debajo del plano de la galaxia. Ahora, varios años después, estas burbujas se conocen como "Fermi Bubbles", y se extienden efectivamente decenas de miles de años luz desde el núcleo de la Vía Láctea.
De las mismas, la principal emisión se halla en radiación de alta energía, en longitudes de onda características de los rayos gamma (y rayos X). El origen de la estructura sigue siendo un misterio, aunque nuevos aportes científicos podrían arrojar luz sobre el tema. Las burbujas se extienden por más de la mitad del cielo visible, desde la constelación de Virgo hasta la constelación de Grus, y pueden tener miles de millones de años de antigüedad. 

Esta imagen es sólo ilustrativa de una galaxia, no se corresponde con
las protuberancias mencionadas. Para ver una imagen representativa visitar:
Las burbujas, que como se dijo son muy brillantes en los rayos gamma, fueron descubiertas por un equipo de astrofísicos de Harvard mientras realizaban un análisis de datos tipo “peine” de esa zona del cielo austral. Los mencionados científicos usaron el principal instrumento del Fermi, el denominado Telescopio de Gran Área.
Y así, durante más de cuatro años desde aquel descubrimiento, los científicos de Stanford y el Departamento de Energía de SLAC National Accelerator Laboratory han analizado estos datos del Fermi Gamma-Ray Space Telescope de la NASA, junto con los datos aportados por otros experimentos, para crear el retrato más detallado de las dos burbujas. 

Posibles orígenes de las dos emisiones

Poco después del descubrimiento los teóricos ofrecieron varias explicaciones para los orígenes de las burbujas. Por ejemplo, podrían haber sido creadas por enormes chorros de materia acelerada desde el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. O podrían haber sido formadas a partir de una población de estrellas gigantes, nacidas desde el gas abundante que rodea al agujero negro antes mencionado. Estas estrellas muy masivas habrían explotado todas en forma de supernova aproximadamente en el mismo tiempo, generando las enormes burbujas.

Características desconcertantes en el nuevo retrato de las burbujas

El nuevo retrato de las burbujas, que se describe en un artículo que ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal, "revela varias características desconcertantes", dijo Dmitry Malyshev, un investigador postdoctoral del Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología que co-dirigió en el análisis. Por ejemplo, los contornos de las burbujas son muy definidos, y las propias burbujas brillan en rayos gamma casi de manera uniforme sobre sus superficies colosales. Lo hacen como si fueran dos lámparas incandescentes de 30 mil años luz de altura atornilladas en el centro de la galaxia. 

Su tamaño es otro rompecabezas difícil de armar. Los confines de las burbujas de Fermi cuentan con algunos de los más energéticos rayos gamma detectados, pero no hay ninguna causa discernible para ellos a tanta distancia de su supuesta formación en el centro de la galaxia.
Las burbujas también emiten microondas, pero éstas se desvanecen misteriosamente al cabo de recorrer cierta distancia.
Finalmente, si bien las partes de las burbujas más cercanas al centro galáctico brillan también intensamente en las microondas así como en los rayos gamma, alrededor de dos tercios del camino hacia afuera las microondas se desvanecen misteriosamente y sólo los rayos gamma son detectables. 
“Todo esto es diferente de otras burbujas galácticas detectadas, por lo cual se hace mucho más difícil la tarea de los investigadores”, dijo de Malyshev co-líder del trabajo.
Mientras que la investigadora postdoctoral Anna Franckowiak agregó: "Dado que las burbujas de Fermi no tienen homólogos conocidos en otras longitudes de onda, lo único que tenemos es ir en busca de pistas sobre los rayos gamma en sí mismos".

"Hay varios modelos que los explican, pero ninguno de los modelos es perfecto", dijo Malyshev. "Las burbujas son bastante misteriosas".

"Es muy difícil construir un modelo", dijo Franckowiak. "Hemos tenido que eliminar todas las emisiones de rayos gamma de primer plano salientes de los datos antes de que pudiéramos ver claramente las burbujas".

Orígenes diversos de los rayos gamma de alta energía

Los rayos gamma de alta energía sólo son observables fuera de nuestra atmósfera, de manera que no fue hasta la época en la que se pusieron en órbita los observatorios de rayos gamma que los científicos descubrieron la presencia de estos rayos de origen extraterrestre. Así, se descubrieron muchas fuentes de rayos gamma como los púlsares, los agujeros negros supermasivos en otras galaxias y las supernovas, que son fuentes puntuales de rayos gamma. Todos estos rayos gamma provenientes de estas fuentes lejanas tuvieron que ser eliminados de los datos para así poder “ver” las burbujas de Fermi. También tuvieron que quitar las emisiones difusas provenientes de toda la galaxia, una niebla de rayos gamma que llena el cosmos y que proviene de los rayos cósmicos cuando interactúan con las partículas interestelares.
"Al restar todas esas contribuciones de rayos gamma, no se restan las burbujas", dijo Franckowiak. "Las burbujas sí existen y sus propiedades son robustas." En otras palabras, las burbujas no desaparecen cuando otras fuentes de rayos gamma son sacadas o tratadas como espúrias en los datos del Fermi.

Y la detección de las burbujas no sólo permanece luego de eliminar todo el ruido de fondo antedicho, sino que se destacan con toda claridad. Franckowiak dice que más datos son necesarios antes de que puedan restringir el origen de las burbujas con mayor claridad y precisión.

Nuevos estudios y sugerencias

En 2013, los astrofísicos Dan Hooper del Fermi National Accelerator Laboratory y Tracy Slatyer en la Universidad de Princeton, publicaron un estudio que sugiere que una salida masiva de partículas ionizadas desde el núcleo galáctico pudo originar las burbujas de Fermi. Estas partículas, que viajan a casi un tercio de la velocidad de la luz desde el centro de la galaxia Vía Láctea, pueden originarse en parte debido a las colisiones entre partículas de materia oscura que dan lugar a su posterior aniquilación. Finalmente, serían estas partículas originadas tras la aniquilación de las anteriores los componentes básicos de las partículas de materia con carga que aparecen como dos lóbulos o "burbujas", por encima y por debajo del centro de la Vía Láctea. 
(N.d.T: Sí, a mí también se me hizo confuso: Párrafo original:
In 2013, astrophysicists Dan Hooper of Fermi National Accelerator Laboratory and Tracy Slatyer at Princeton University, published a study suggesting that a massive outflow of charged particles from Fermi bubbles, as they are known, outflows of charged particles (gamma rays) traveling at nearly a third the speed of light from the center of the Milky Way galaxy, may be partly due to collisions between dark matter particles that result in their annihilation, and the subsequent creation of the building blocks of visible matter—charged particles that appear as two lobes or "bubbles," above and below the center of the Milky Way Galaxy.)

Otra posibilidad incluye la presencia de un chorro de partículas proveniente del agujero negro supermasivo que se aloja en el centro de la galaxia. En muchas otras galaxias, los astrónomos ven chorros de partículas rápidas alimentados por la materia que cae hacia un agujero negro central. Si bien no hay pruebas de la presencia de un agujero negro en la Vía Láctea y actualmente no tiene un chorro emisor, sí pudo haberlo tenido en el pasado. Las burbujas también pueden haberse formado como resultado de salidas de gas a partir de una explosión de formación de estrellas, tal vez la misma que produjo muchos cúmulos masivos de estrellas en el centro de la Vía Láctea hace varios miles de millones de años.

Por Mariano Miguel Lanzi
Fuentes:
The Bubbles Fermi. I. Posible evidencia de reciente AGN Jet Actividad en el Galaxy
(arXiv: 1103.0055)
Two Emission Mechanisms in the Fermi Bubbles: A Possible Signal of Annihilating Dark Matter
(arXiv:1302.6589)
Origin of Colossal Bubbles Above and Below the Milky Way Remains a Mystery

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