Los astrónomos encuentran el ‘Ojo de Sauron’ en el espacio profundo

Quince años de observaciones con radiotelescopios han permitido a un grupo de científicos reconstruir la imagen de uno de los fenómenos más extremos del universo, el blazar PKS 1424+240.

Este chorro de plasma y magnetismo que apunta hacia la Tierra es una de las fuentes más brillantes de rayos gamma y neutrinos de alta energía del universo. E inevitablemente recuerda al ominoso ojo de Sauron de la Tierra Media de J. R. R. Tolkien.

El hallazgo, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics Letters, marca un hito en la comprensión de los procesos físicos que tienen lugar en los núcleos activos de galaxias y abre nuevas vías para el estudio de partículas de alta energía en el universo.

Un blazar enigmático y brillante

PKS 1424+240, situado a miles de millones de años luz de la Tierra, es un tipo de blazar, un núcleo galáctico activo alimentado por un agujero negro supermasivo que lanza chorros de plasma a velocidades cercanas a la de la luz. Durante años ha desconcertado a la comunidad científica por su inusual comportamiento y su extrema luminosidad en rayos gamma y neutrinos.

Lo que distingue a los blazares es la orientación de estos chorros: uno de ellos apunta casi directamente hacia nuestro planeta, amplificando su brillo aparente en múltiples longitudes de onda.

Este blazar en particular ha sido identificado por el Observatorio de Neutrinos IceCube como una de las fuentes más intensas de neutrinos cósmicos de alta energía jamás detectadas. Al mismo tiempo, telescopios Cherenkov terrestres lo han observado como una brillante fuente de rayos gamma de muy alta energía.

Sin embargo, su chorro de radio parecía moverse de manera sorprendentemente lenta, lo que resultaba contradictorio con las teorías actuales que asocian las emisiones más energéticas con chorros relativistas extremadamente veloces.

Una imagen sin precedentes gracias a 15 años de observaciones

Para resolver este misterio, el equipo de científicos utilizó 15 años de observaciones precisas del Very Long Baseline Array (VLBA), una red de diez radiotelescopios distribuidos por Estados Unidos, desde Hawái hasta las Islas Vírgenes.

Utilizando la técnica de interferometría de muy larga base (VLBI), que permite crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, lograron obtener una imagen del chorro de PKS 1424+240 con una resolución angular sin precedentes.

“El resultado fue asombroso”, declaró Yuri Kovalev, autor principal del estudio y responsable del proyecto MuSES en el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR). “Nunca habíamos visto algo así: un campo magnético toroidal casi perfecto acompañado de un chorro de plasma que apunta directamente hacia nosotros”.

Geometría engañosa y una oportunidad única

La orientación del chorro -alineado casi exactamente en dirección a la Tierra- ha resultado clave para explicar sus propiedades.

Gracias a los efectos de la relatividad especial, esta alineación produce una amplificación del brillo de un factor de 30 o más, lo que explica su intensa luminosidad. Sin embargo, desde nuestra perspectiva, este mismo alineamiento crea una ilusión óptica que hace que el movimiento del chorro parezca lento.

“El chorro no se mueve lentamente en realidad; simplemente lo vemos desde una perspectiva que distorsiona su velocidad aparente”, explicó Jack Livingston, coautor del estudio y también investigador en el MPIfR.

Esta geometría excepcional ofreció a los científicos una rara oportunidad para observar de manera directa la estructura interna del chorro del blazar. Gracias a señales de radio polarizadas, lograron cartografiar el campo magnético del chorro, revelando una estructura probablemente helicoidal o toroidal.

Estas configuraciones juegan un papel esencial en el lanzamiento y la colimación del plasma, así como en la aceleración de partículas hasta energías extremas.

Implicaciones para la astronomía de mensajeros múltiples

El descubrimiento no solo resuelve un antiguo misterio sobre el comportamiento de PKS 1424+240, sino que también refuerza el vínculo entre los chorros relativistas de los núcleos galácticos activos, la producción de neutrinos de alta energía y el papel fundamental de los campos magnéticos en estos procesos cósmicos.

“Confirmar esta estructura y sus efectos demuestra que los núcleos activos de galaxias con agujeros negros supermasivos no solo aceleran electrones, sino también protones, lo que da lugar a los neutrinos de alta energía observados”, concluyó Kovalev.

Este avance representa un triunfo para el programa MOJAVE (Monitoring Of Jets in Active galactic nuclei with VLBA Experiments), una iniciativa de décadas para observar la evolución de los chorros en galaxias activas mediante el VLBA. Desde su inicio en 1994, el proyecto ha proporcionado datos cruciales para comprender la física de estos objetos extremos.

“Es emocionante ver que MOJAVE continúa produciendo descubrimientos de gran impacto”, señaló Anton Zensus, director del MPIfR y cofundador del programa. “Comenzamos este proyecto mucho antes de que se detectara el primer neutrino cósmico, y ahora estamos desentrañando los mecanismos que los generan”.

Blazares: aceleradores naturales de partículas

Los blazares están considerados como algunos de los aceleradores de partículas más potentes del cosmos. La materia que cae en el agujero negro central se transforma en energía electromagnética y cinética, dando lugar a la emisión de chorros de plasma a velocidades relativistas.

Estos procesos permiten la aceleración de partículas a energías que superan con creces las alcanzadas por los aceleradores humanos, como el Gran Colisionador de Hadrones.

El proyecto MuSES (Multi-messenger Studies of Energetic Sources), financiado por la Unión Europea a través del Consejo Europeo de Investigación (ERC), tiene como objetivo investigar estos objetos utilizando un enfoque de astronomía de mensajeros múltiples, una disciplina que combina observaciones de luz, partículas y ondas gravitacionales para estudiar fenómenos cósmicos de alta energía.

A través de esta estrategia interdisciplinaria, los científicos esperan resolver preguntas fundamentales sobre la relación entre la aceleración de protones, la estructura de los campos magnéticos y la emisión de neutrinos en los núcleos activos de galaxias.

Un nuevo capítulo en la exploración del universo extremo

El estudio de PKS 1424+240 constituye un avance significativo en la comprensión de cómo funcionan los aceleradores cósmicos naturales. Al desentrañar la compleja interacción entre geometría, relatividad, magnetismo y emisiones de alta energía, los científicos están un paso más cerca de comprender los mecanismos más extremos del universo.

Además, este descubrimiento fortalece el papel de la astronomía de mensajeros múltiples como herramienta esencial para explorar fenómenos astrofísicos que, hasta hace pocos años, eran inalcanzables para la ciencia.

Como señala Kovalev, “el universo sigue sorprendiéndonos. Y con las herramientas adecuadas, ahora podemos mirar directamente al corazón de algunos de sus fenómenos más misteriosos”.