En una noche despejada, lejos de las luces de la ciudad, el brillante plano de la Vía Láctea cruzando el cielo puede darnos una vista incomparable. Pero si los rayos gamma fueran visibles para nuestros ojos, veríamos dos nubes masivas subiendo y bajando desde el centro de nuestra galaxia, alcanzando la constelación de Virgo en una dirección y la constelación de Grus en la otra.
Y si los rayos X fueran visibles, nos mostrarían las tapas redondeadas que coronan esas gigantescas burbujas, que se extienden el doble de distancia.
Estas estructuras, que parecen tener orígenes similares, se conocen como «burbujas de Fermi y eROSITA».
Fueron descubiertos en 2010 y 2020, respectivamente, y llevan el nombre de los satélites que los detectaron: el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA y el telescopio ruso-alemán de rayos X eROSITA. Cuando se descubrieron, estas colosales formaciones fueron una completa sorpresa y sus causas siguen provocando acalorados debates.
Dos teorías en competencia sugieren diferentes mecanismos para crear estas burbujas del tamaño de una galaxia. Una postula que aparecieron cuando el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea consumió materia equivalente a miles de soles y luego arrojó un brillante haz de partículas y radiación; el otro sostiene que el culpable fue la salida de material impulsada por un intenso período de formación estelar en nuestro centro galáctico. Incluso existen esquemas híbridos que combinan elementos de ambos procesos para explicar los datos observados.
«No hay conclusión ni consenso alguno sobre el origen [de las burbujas]», dice Hsiang-Yi Karen Yang, astrónomo de la Universidad Nacional Tsing Hua en Hsinchu, Taiwán.
Nuevas pruebas procedentes de diferentes experimentos podrían ayudar a resolver este dilema.
Pero, independientemente de su causa, las burbujas de Fermi y eROSITA revelan que nuestra galaxia es un lugar extraño y dinámico. La Vía Láctea, que alguna vez se pensó que era relativamente tranquila y madura, parece estar experimentando eventos que normalmente se ven sólo en galaxias distantes y, por lo tanto, mucho más jóvenes. Dado que tales procesos afectan la evolución de las galaxias, estas extrañas formaciones en nuestro patio cósmico podrían ser nuestra mejor opción para aprender más sobre eventos energéticos que dan forma a las galaxias en otras partes del universo.
Un misterioso precursor
Antes de que descubriéramos las burbujas de Fermi, existía la neblina WMAP. En 2004, Douglas Finkbeiner, astrónomo de la Universidad de Harvard en Massachusetts, estaba analizando datos de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) de la NASA, un satélite lanzado unos años antes para estudiar todo el cielo en frecuencias de microondas. Observó un inesperado exceso de energía de microondas cerca del centro galáctico. “Lo llamó ‘neblina WMAP’ porque en realidad no tenía una forma bien definida; era simplemente algo un poco confuso”, recuerda la física teórica Tracy Slatyer del Instituto Tecnológico de Massachusetts, estudiante de doctorado de Finkbeiner en ese momento.
Los resultados entusiasmaron a sus descubridores porque la materia oscura, que se cree que constituye el 80% de toda la materia del universo, debería acumularse cerca del agujero negro central de la Vía Láctea. En principio, estas partículas de materia oscura podrían interactuar entre sí, autoaniquilarse y producir el exceso de radiación observado. Si es así, la misma señal también debería aparecer en rayos gamma.
Una vez que la NASA lanzó el telescopio Fermi en 2008, Finkbeiner y sus colegas decidieron buscar esas emisiones de rayos gamma reveladoras. Pero, en lugar de confirmar la hipótesis de la materia oscura, que predecía una neblina de radiación de rayos gamma alrededor del centro galáctico, encontraron unas estructuras extrañas, masivas y curvas con bordes afilados que se extienden 25,000 años luz simétricamente por encima y por debajo del disco de la galaxia. «Eso sugería de que estábamos observando algún tipo de evento energético que salió del centro de la galaxia y creó estas burbujas», dice Slatyer.
Rápido y lento
Se cree que las burbujas de Fermi, como se las conoció, están llenas de rayos cósmicos (partículas fundamentales como protones, electrones y positrones (la antipartícula del electrón)) que han sido acelerados a cerca de la velocidad de la luz. Doblados por el campo magnético de la Vía Láctea, estos rayos cósmicos viajan por trayectorias curvas, mientras emiten la llamada radiación sincrotrón. Esto produce la neblina de microondas. Los rayos cósmicos también interactúan con fotones y otras partículas subatómicas para generar poderosos rayos gamma.
Las estructuras se extienden mucho más allá de la neblina WMAP, que está confinada más cerca del centro galáctico. Los bordes afilados de estas burbujas llenas de radiación desfavorecen la idea de que fueron producidas por la autoaniquilación de la materia oscura, lo que daría como resultado límites más difusos. «Vi [los bordes] y dije: ‘Sí, está bien, pero eso no parece materia oscura'», dice Slatyer.
Poco después, los equipos propusieron dos explicaciones para las burbujas de Fermi: una explosión rápida o un viento más lento y sostenido. La hipótesis rápida se basa en el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, un gigante que pesa hasta cuatro millones de soles. Hace varios millones de años, este monstruo gravitacional podría haber consumido el equivalente material de unos 10,000 soles, en forma de gas, polvo y quizás estrellas. A medida que esta materia entraba en espiral hacia el agujero negro como agua cayendo por un desagüe, la fricción la habría calentado, expulsando colosales chorros de partículas y energía que se movían a decenas de millones de kilómetros por hora y duraban 100,000 años.
Los astrónomos saben que tales eventos ocurren en núcleos galácticos activos distantes (AGN por su acrónimo en inglés), donde las erupciones de energía de estos agujeros negros supermasivos devoradores de materia se pueden ver desde todo el cosmos. Se cree que nuestra Vía Láctea ha experimentado este tipo de convulsiones en el pasado. Tales explosiones deberían haber eliminado la mayor parte del material alrededor del agujero negro supermasivo en el centro galáctico, privándolo de materia y haciéndolo incapaz de generar llamaradas gigantes. Pero si la hipótesis es correcta, será necesario revisar esas ideas.
La teoría rival que implica vientos más lentos tiene en cuenta estrellas enormes que nacen y mueren constantemente como supernovas explosivas. «La formación de estrellas es algo que ocurre todo el tiempo y en todas partes», dice Peter Predehl, astrofísico del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania. «Ocurre más en la región del centro galáctico porque es muy densa».
Un intenso período de formación y muerte de estrellas, que duró entre 10 y 100 millones de años, podría haber producido un viento presurizado de 360,000 kilómetros por hora que infló lentamente las burbujas. En otras partes del universo cercano, los telescopios han observado galaxias con estallidos o brotes estelares, donde el ritmo de formación de estrellas puede ser 30 veces mayor de lo normal. Pero se cree que tales eventos ocurren cuando las galaxias se rozan entre sí o tal vez se fusionan, arrastrando gas y polvo y desencadenando períodos de intensa actividad. Si la Vía Láctea realmente entró en uno de esos períodos, su causa sigue siendo desconocida.
Evidencia contradictoria
Diferentes observaciones a lo largo de los años parecen impulsar una u otra teoría. Por ejemplo, varios equipos han encontrado estructuras débiles que parecen ser algún tipo de huella vestigial de un chorro similar al AGN que emana del centro galáctico, aunque los datos son demasiado débiles para probar definitivamente la idea del AGN.
Los defensores de la teoría del viento de supernova señalan conformaciones similares a chimeneas en rayos X, de varios cientos de años luz de alto y ancho, que se extienden hacia afuera desde el centro galáctico, y que parecen estar inyectando partículas energéticas en las burbujas de Fermi. El enorme ancho de estas chimeneas implica que no están siendo creadas por una única fuente puntual como el agujero negro de la Vía Láctea, sino que probablemente se originan en la formación de estrellas cerca del centro galáctico, dice Mark Morris, astrofísico de la Universidad de California Los Angeles.
Múltiples estudios han utilizado la luz de cuasares ubicados a decenas de miles de millones de años luz de distancia para sondear las burbujas de Fermi. Esta luz, cuando atraviesa las burbujas en su camino hacia la Tierra, es similar a un rayo láser que brilla a través del humo. Los estudios han revelado que el gas y el polvo dentro de las burbujas se mueven rápidamente, a aproximadamente 3 millones de kilómetros por hora, lo que potencialmente favorece la teoría AGN. Pero los elementos químicos dentro de las burbujas de Fermi crean huellas características en la luz del cuasar, lo que indica que las burbujas están enriquecidas con elementos pesados, como silicio, carbono y aluminio, creados dentro de las estrellas y arrojados hacia afuera durante las explosiones de supernovas, apoyando así la idea contraria.
«El progreso es lento», dice Predehl. «Es tan complicado, que nadie tiene una idea clara».
Para algunos astrónomos, el panorama se volvió menos confuso en 2020, cuando las burbujas eROSITA aparecieron en los datos. Estos lóbulos brillantes parecen ser el resultado del gas y polvo energético que emanan de las burbujas de Fermi y bombardean el medio intergaláctico que rodea la Vía Láctea, generando una onda de choque de varios millones de grados Celsius. Yang y sus colegas, partidarios del modelo AGN, han producido simulaciones que muestran cómo chorros de movimiento extremadamente rápido podrían chocar contra el medio intergaláctico e iluminarlo con rayos X de alta energía, formando la estructura de doble lóbulo y bordes afilados observada. . «Después de la observación de la burbuja de eROSITA, se vuelve más desafiante para otros modelos», dice.
Sin embargo, Predehl señala que un período sostenido de formación estelar y las consiguientes supernovas, con sus gases todavía moviéndose rápidamente, también pueden producir la onda de choque necesaria para explicar las burbujas de eROSITA. Pero como autor principal del artículo sobre el descubrimiento de las burbujas de eROSITA, ni siquiera está seguro de que estén relacionadas con las burbujas de Fermi. Sugiere que cada una podría haber surgido de eventos explosivos separados, aunque el equipo inicialmente especuló que las burbujas de Fermi podrían haber impulsado la formación de las burbujas de eROSITA. «No volvería a escribir eso», dice Predehl.
Morris aboga por un compromiso. Si bien se han observado supernovas en el centro galáctico y posiblemente podrían expulsar gas sobrecalentado hacia arriba y hacia abajo en cualquier dirección, se muestra escéptico de que haya suficiente actividad estelar para generar las burbujas de Fermi. Señala otras líneas de evidencia que sugieren que el agujero negro supermasivo estaba activo en el momento adecuado para producir las burbujas. Tomemos, por ejemplo, la Gran Nube de Magallanes (LMC), una pequeña galaxia satélite que órbita la Vía Láctea y que tiene una larga cola de gas y polvo. Esta cola, que tiene 200,000 años luz de largo, está ionizada: los protones y electrones de los átomos que componen el gas y el polvo han sido separados por algún tipo de estallido energético, tal vez un estallido similar al AGN de nuestra galaxia que ionizó la cola de la LMC hace varios millones de años.
Está claro que ningún estudio por sí solo podrá resolver el debate. Aún así, las burbujas de Fermi y eROSITA ayudan a conectar lo que pasa en la Vía Láctea con lo que ocurre en galaxias más distantes. «Vemos burbujas de galaxias activas por todas partes», dice Ellen Zweibel, astrofísica teórica de la Universidad de Wisconsin-Madison. “Una de las cosas que siempre me ha interesado es el destino final de esas burbujas. ¿Se rompen por algún tipo de inestabilidad interna? ¿Se consumen? ¿O simplemente se quedan sin energía?
Las propias burbujas de nuestra galaxia brindan la oportunidad de estudiar de cerca poderosos procesos galácticos y tal vez responder a esas preguntas. Algunos investigadores incluso han buscado estructuras similares en galaxias distantes, aunque actualmente no hay telescopios lo suficientemente potentes como para resolver detalles a escalas tan finas.
Cualesquiera que sean sus causas, las burbujas de Fermi y eROSITA han alterado nuestra ingenua imagen de la Vía Láctea como un disco estático con espectaculares brazos espirales. Resulta que nuestra galaxia es más dinámica de lo que pensaban los astrónomos, lo que la convierte en un laboratorio importante para estudiar lo que sucede en las partes más distantes del universo.
Traducción del artículo: “Fermi” bubbles are bursting from our galaxy. Their origins remain a mystery
Descubre más desde
Suscríbete y recibe las últimas entradas en tu correo electrónico.
hoyenelcosmos.com 