Científics de la Universitat de València detecten ràpids canvis en un forat negre que podran ajudar a entendre l’origen de la radiació més energètica de l’Univers

Un equip de l’Observatori Astronòmic de la Universitat de València ha aconseguit observar el forat negre de la galàxia activa PKS1830-211 just durant el succés energètic de rajos gamma més violent registrat en aquesta font. Els científics han descobert canvis molt ràpids en l’estructura dels seus camps magnètics que confirmen les prediccions dels principals models de producció de rajos gamma en forats negres. El fenomen, observat mitjançant el telescopi ALMA, aporta noves dades a l’estudi sobre l’origen de la radiació més energètica de l’Univers.

Alguns dels forats negres més massius i llunyans de l’Univers emeten una ingent quantitat de radiació extraordinàriament energètica. Són els ‘rajos gamma’. Aquest tipus de radiació es produeix, per exemple, quan la massa es converteix en energia durant les reaccions de fissió que fan funcionar els reactors nuclears a la Terra. Però, en el cas dels forats negres, la radiació gamma és encara més energètica que l’obtinguda en els reactors nuclears i es produeix mitjançant processos molt diferents; allí els rajos gamma naixen a partir de ‘xocs’ de rajos de llum contra partícules enormement energètiques que es donen en les rodalies dels forats negres mitjançant mecanismes encara desconeguts.

Com a resultat d’aquests xocs entre la llum i la matèria, les energètiques partícules donen quasi tot el seu ímpetu als rajos de llum i els converteixen en els rajos gamma que acaben arribant a la Terra.

Sospita la comunitat científica astronòmica que aquests xocs succeeixen en regions permeades per potents camps magnètics sotmesos a processos molt variables, com turbulències i reconnexions magnètiques –camps magnètics que fusionen alliberant una quantitat sorprenent d'energia– que podrien estar passant en els dolls de matèria expel·lida pels forats negres. Però sondejar aquests camps magnètics tan llunyans a la Terra –alguns d’aquests forats es troben a milers de milions d’anys llum– requereix instruments d’observació especialment sensibles i de bastant encert per trobar el moment exacte en què es produeix l’emissió d’alta energia.

Això és, precisament, el que ha aconseguit l’equip d’investigació que dirigeix Iván Martí-Vidal, investigador CIDEGENT de la Generalitat Valenciana a l’Observatori Astronòmic i el Departament d’Astronomia de la Universitat de València, i autor principal d’aquest treball. I ací és on té un important paper el telescopi ALMA (Atacama Large Milimetre Array), el més sensible i precís del món a les longituds d’ona mil·limètriques, que aporten informació sobre els llunyaníssims camps magnètics on es troben les partícules d’energia expulsades pels forats negres.

En un article recent publicat per la revista Astronomy & Astrophysics, els científics reporten observacions del forat negre anomenat PKS1830-211, situat a més de deu mil milions d’anys llum de la Terra. Aquestes observacions demostren que els camps magnètics en la regió on es troben les partícules més energètiques del raig expel·lit per aquest forat negre van estar canviant notablement la seua estructura en un interval de temps de només uns pocs minuts. “Això implica que els processos magnètics s’estan originant en regions molt reduïdes i turbulentes, just com prediuen els principals models de producció de rajos gamma en forats negres, que relacionen les turbulències amb la radiació gamma”, explica Iván Martí-Vidal. “D’altra banda, els canvis que hem detectat van tenir lloc durant l’episodi d’emissió de rajos gamma, el que ens permet, a més, relacionar-los amb l’emissió d’alta energia. Tot això ens acosta un poc més a la comprensió de l’origen de la radiació més energètica de l’Univers”, afegeix.

Interferometria i nous algoritmes

Per analitzar aquestes dades, l’equip d’Iván Martí-Vidal ha utilitzat una avançada tècnica d’anàlisi que permet obtenir informació de fonts ràpidament canviants a partir de dades interferomètriques, com les que obté ALMA. “La interferometria ens dóna el poder d’observar l’Univers amb un nivell de detall sense parangó; de fet, és la tècnica en què es basa també l’Event Horizon Telescope (EHT), que fa poc va obtenir la primera imatge d’un forat negre”, assenyala Martí-Vidal. “Una part del nostre projecte CIDEGENT està dedicada, de fet, a desenvolupar algoritmes com el que hem fet servir en aquestes observacions d’ALMA, però aplicables a dades molt més complexes com les de l’EHT, fet que ens permetria reconstruir, en un futur no molt llunyà, ‘pel·lícules’ de forats negres, en lloc de simples imatges”, comenta l’astrònom de la Universitat de València.

Alejandro Mus, investigador predoctoral CIDEGENT al Departament d’Astronomia de la UV i un altre dels signants de l’article, desenvolupa la seua tesi doctoral en aquest camp. “Dins del projecte EHT hi ha multitud d’experts de diverses institucions treballant contrarellotge sobre aquest tema”, afirma Mus. “De moment, l’algoritme que hem desenvolupat funciona amb les dades d’ALMA i ja ha permès obtenir informació clau sobre com canvien els camps magnètics associats a PKS1830-211 a escales d’unes poques desenes de minuts. Esperem, en breu, poder aportar noves dades a l’EHT mitjançant algoritmes més sofisticats en els quals estem treballant”, conclou.

En l’estudi, hi han col·laborat amb la Universitat de València investigadors del Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory (Suècia), l’Institute for Astrophysical Research, Boston University (USA) i l’Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC (Granada).