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El pasado y futuro de las estrellas en Andrómeda

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Imágenes infrarroja, en rayos X y óptica de Andrómeda
Las imágenes infrarroja, en rayos X y óptica de Andrómeda.
Créditos: Infrarroja: ESA/Herschel/PACS/SPIRE/J. Fritz, U. Gent;
Rayos X: ESA/XMM-Newton/EPIC/W. Pietsch, MPE;
Óptica: R. Gendler

Dos observatorios de la ESA han unido sus capacidades para mostrar la galaxia Andrómeda en una nueva luz. Herschel observó los anillos de formación estelar en esta imagen infrarroja, la más detallada de Andrómeda obtenida hasta ahora, y el Observatorio XMM-Newton muestra estrellas agonizantes que brillan en rayos X en el espacio.

Durante la Navidad de 2010, los observatorios espaciales Herschel y XMM-Newton de la ESA observaron la cercana y gran galaxia espiral M31. Esta es una galaxia similar a nuestra Vía Láctea; ambas contienen varios cientos de miles de millones de estrellas. Esta es la imagen más detallada en infrarrojo lejano de la galaxia Andrómeda que se haya tomado alguna vez y muestra claramente que más estrellas están en camino.
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El nuevo catálogo cósmico de XMM-Newton

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Uno de los equipos detrás de la misión XMM-Newton de la ESA, ha desvelado la última edición de su catálogo 2XMM. Éste, contiene 42.000 nuevas entradas, que hacen un total de más de 250.000 fuentes de rayos X. Esta librería cósmica de rayos X sin precedentes, es una valiosa fuente, que permitirá a los astrónomos explorar el universo extremo.

Impresión artística del observatorio espacial XMM-Newton.
Esta última edición del catálogo 2XMM, un almacén de información de fuentes de rayos X sin rival, es la compilación más grande jamás hecha. Se ha construído de forma casual, con los datos adquiridos mientras apoyaba el programa estándar de observación de XMM-Newton (X-ray Multi-mirror Mission - Newton), basado en las competitivas ofertas procedentes de la comunidad de astrónomos. XMM-Newton hace 600 observaciones cada año, pero el objeto de estudio se reduce a una pequeña fracción del campo de visión de 30 minutos de arco, equivalente al diámetro de la Luna llena. Para no malgastar tal oportunidad, las imágenes han sido rastreadas en busca de fuentes adicionales de rayos X, añadiendo los descubrimientos al catálogo 2XMM para futuras referencias. De media, se encuentran setenta fuentes adicionales a la fuente principal de estudio.

"Estamos haciendo 40.000 nuevas detecciones cada año. La gran mayoría de éstas, el 98%, son completamente desconocidas, nunca antes han sido detectadas en rayos X", dijo el Prof. Mike Watson, líder del Centro de Ciencia de Rastreo XMM-Newton (Survey Science Centre, SSC) con sede en la Universidad de Leicester. El equipo del SSC es responsable de hacer el catálogo 2XMM. Desde que XMM-Newton fue lanzado, hace diez años, se han usado otros catálogos y han dado varios descubrimientos notables. "Con un catálogo 'serendípico' las sorpresas siempre son posibles", explica el científico de XMM-Newton, Norbert Schartel.

Entre las muchas sorpresas que han surgido del catálogo 2XMM está el descubrimiento casual en 2009, de una fuente de rayos X variable de muy alta luminosidad, 2XMM J011028.1-460421, también conocida como HLX-1 (Hyper Luminous X-ray source 1). Con un masa de 500 veces la del Sol, HLX-1 muestra todos los signos de ser un agujero negro de masa intermedia, el eslabón perdido entre agujeros negros estelares y agujeros negros supermasivos. Aunque se acepta que los agujeros negros de masa estelar son remanentes de estrellas masivas, la formación de los agujeros negros supermasivos no está clara todavía, aunque se han propuesto varias explicaciones, entre las cuales se encuentra su posible formación debido a procesos de fusión de agujeros negros de masas intermedias. Esta detección de XMM-Newton fue la primera evidencia sólida de que tales agujeros negros existen.

Otro descubrimiento fortuito, hecho en 2008, fue la detección del cúmulo de galaxias más masivo encontrado hasta ese momento en el universo distante. El peso pesado, conocido por su nombre de catálogo, 2XMM J083026+524133, alcanza una masa de aproximadamente 5 x 1014 veces la masa solar, equivalente a la masa total de unas 1.000 galaxias aproximadamente. El descubrimiento también evidencia la existencia de la energía oscura, a la que se atribuye ser la causa de la expansión observada del Universo. XMM-Newton es muy adecuado también para estudiar los inicios del lejano universo debido a su gran área colectora.

El catálogo 2XMM, contínuamente mejorado, permite también a los astrónomos comparar datos de rayos X con otros grandes catálogos en otras longitudes de onda. De este modo, pueden descubrir objetos que no aparecen en algunos de los catálogos, o bien, que tienen comportamientos radicalmente distintos a diferentes longitudes de onda. "Una forma productiva de proceder es simplemente buscar objetos raros. Puedes hacer eso buscando fuentes de rayos-X que tengan propiedades muy peculiares cuando miras lo que sucede a otras longitudes de onda", dijo Watson. Algunos de los tipos más raros de núcleos de galaxias activas (Active Galactic Nuclei, AGNs), quásares y binarios de rayos X son simplemente algunos de los objetos desenmascarados por el catálogo 2XMM.

Ilustración de la fuente variable de rayos X conocida como
HLX-1 (representado aquí como la estrella de color azul en
la parte superior izquierda al lado del bulbo galáctico).
Pasar el hito del cuarto de millón de fuentes es algo que Watson cree que permitirá a los astrónomos basarse en estos éxitos previos. "El catálogo es suficientemente grande para proveer una base sólida para explorar la población cósmica de fuentes de rayos X", dijo Watson. Y lejos de dormirse en los laureles, el equipo de XMM-Newton espera continuar aumentando el catálogo. "A medida que el catálogo crece, tiene mayor potencial. Al ritmo actual, alcanzaremos el medio millon de fuentes de rayos-X catalogadas en los próximos cinco o seis años", añadió Watson.

Schartel también reconoce la necesidad de continuar trabajando en el catálogo a pesar de los diez años de éxitos. "El catálogo 2XMM está todavía, incluso después de diez años, produciendo nuevos y excitantes resultados. Es también un catálogo clave para optimizar los objetivos de futuras misiones. Así, catálogos como éstos tienen un legado futuro, que va más allá de las investigaciones actuales", dijo.

Fuente
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XMM-Newton rastrea materia oscura en grupos de débiles galaxias distantes

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Observaciones de grupos de galaxias débiles y distantes hechas con el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea se usaron para examinar la evolución de la materia oscura.


La materia oscura es un misterioso e invisible constituyente del Universo, la cual sólo se revela a través de su influencia gravitacional. Entender su naturaleza es una de las cuestiones clave en la cosmología moderna. En una de las formas de abordar esta cuestión, los astrónomos usan la relación entre la masa y la luminosidad que se encontró para los cúmulos de galaxias, la cual relaciona sus emisiones en rayos X, una indicación sólo de la masa de la materia ordinaria (bariónica), y sus masas totales (bariónica más materia oscura) determinada por lentes gravitacionales.

Hasta ahora, la relación sólo había podido ser establecida para cúmulos cercanos. Un nuevo trabajo de una colaboración internacional, incluyendo el Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (MPE), el Laboratorio de Astrofísica de Marsella (LAM), y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha conseguido un gran avance al extender la relación a estructuras más distantes y pequeñas que lo previamente posible.

Para establecer la relación entre la emisión en rayos X y la materia oscura subyacente, el equipo usó una de las más grandes muestras de grupos y cúmulos de galaxias seleccionadas en rayos X, producida por el observatorio de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea, ESA.

Los grupos y cúmulos de galaxias pueden ser encontrados efectivamente usando su emisión en rayos X extendida en escalas por debajo del minuto de arco. Como resultado de su gran área efectiva, XMM-Newton es el único telescopio de rayos X que puede detectar el débil nivel de emisión de grupos y cúmulos de galaxias distantes.

"La habilidad de XMM-Newton para proveer grandes catálogos de grupos de galaxias en campos profundos es asombrosa", dijo Alexis Finoguenov del MPE y de la Universidad de Maryland, coautor del artículo del The Astrophysical Journal.

Aunque los rayos X son la mejor manera de encontrar y caracterizar cúmulos, la mayoría de los estudios de seguimiento han sido hasta ahora limitados a grupos y cúmulos de galaxias relativamente cercanos.

"Dados los catálogos sin precedentes provistos por XMM-Newton, hemos sido capaces de extender las mediciones de masa a estructuras mucho menores, las cuales existieron en la historia más temprana del Universo", dice Alexie Leauthaud de la División de Física del Berkeley Lab, primer autor del estudio.

La masa como una lente

Las lentes gravitacionales ocurren debido a que la masa curva el espacio alrededor de ella, combando el camino a lo largo del cual viajan los rayos de luz: cuanto más masa (y cuanto más cerca ésta de su centro de masa), el espacio más se comba, y la imagen de un objeto distante está más desplazada y distorsionada. Así, la medición de la distorsión es la clave para medir la masa del objeto aumentado por el efecto de la lente.

En el caso de una lente gravitacional débil (como la usada en este estudio) la distorsión es demasiado delicada para ser vista directamente, pero pueden ser calculadas estadísticamente las débiles distorsiones adicionales en una acumulación de galaxias distantes, y así puede calcularse la distorsión promedio debida a la lente de algún objeto masivo frente a ellas. No obstante, para calcular la masa de la lente, a partir de la distorsión promedio, se necesita conocer su centro.

"El problema con los cúmulos de alto corrimiento hacia el rojo (o sea, muy distantes) es que es difícil detectar exactamente qué galaxia se sitúa en el centro del cúmulo", dice Leauthaud. "Ahí es donde nos ayudan los rayos X. La luminosidad en rayos X de un cúmulo de galaxias puede ser usada para encontrar su centro con gran precisión".

Conociendo los centros de masa a partir del análisis de la emisión en rayos X, Leauthaud y sus colegas pudieron usar luego las lentes débiles para estimar la masa total de los grupos y cúmulos distantes con mucha mayor aproximación que lo que antes se podía.

El paso final fue determinar la luminosidad ne rayos X de cada cúmulo de galaxias y graficarla en relación a la masa determinada de la lente débil, resultando la relación masa-luminosidad para la nueva acumulación de grupos y cúmulos extendiendo los estudios previos a masas más bajas y corrimientos hacia el rojo más altos. Dentro de una incertidumbre calculable, la relación tiene la misma pendiente para las galaxias cercanas que para las distantes; un simple y consistente factor de ajuste relaciona la masa total (bariónica más oscura) de un grupo o cúmulo con su brillo en rayos X, esto último midiendo sólo la masa bariónica.

"Confirmando la relación masa-luminosidad y extendiéndola a altos corrimientos al rojo, hemos dado un pequeño paso en la dirección correcta hacia el uso de una lente débil como una poderosa herramienta para medir la evolución de la estructura", dice Jean-Paul Kneib, de LAM y del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia (CNRS), coautor del artículo.

En el comienzo

El origen de las galaxias puede ser trazado por las pequeñas diferencias en la densidad del caliente y temprano Universo; rastros de estas diferencias pueden aún ser vistos como minúsculas diferencias de temperatura en el fondo cósmico en microondas (CMB).


"Las variaciones que observamos en el antiguo cielo de microondas representa la huella que se desarrolló en el tiempo dentro del andamiaje de materia oscura cósmica para las galaxias que vemos ahora”, dice George Smoot, director del Centro Berkeley para la Física Cosmológica (BCCO), profesor de física en la Universidad de California, en Berkeley, y miembro de la División de Física del Berkeley Lab. Smoot compartió el Premio Nobel de Física de 2006 por la medición de anisotropías en el CMB y es uno de los autores del artículo. "Genera mucho entusiasmo el que podamos medir realmente con lentes gravitacionales cómo ha colapsado la materia oscura y cómo evolucionó desde el comienzo".

Una meta en el estudio de la evolución de la estructura es entender la materia oscura en sí y cómo interactúa con la materia ordinaria que podemos ver. Otra meta es entender más acerca de la energía oscura, el misterioso fenómeno que está separando la materia y causa que el Universo se expanda en forma acelerada. Muchas cuestiones quedan sin responder: ¿ la energía oscura es constante o es dinámica? ¿O es meramente una ilusión causada por una limitación en la Teoría de la Relatividad General de Einstein?

Las herramientas provistas por la relación masa-luminosidad extendida servirán para responder estas cuestiones acerca de los roles opuestos de la gravedad y la energía oscura en la organización del Universo, ahora y en el futuro.

Imágenes
Superior: emisión de rayos X en el campo del cosmos.
Inferior: emisión de rayos X en un cúmulo de galaxias.
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Récord de distancia para un agujero negro

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Utilizando el Telescopio VLT, astrónomos detectaron en otra galaxia un agujero negro de masa estelar mucho más distante que los hasta ahora conocidos. Con una masa de más de quince veces la del Sol, éste es el segundo agujero negro de masa estelar más masivo que se haya encontrado. Está entrelazado con una estrella que pronto se convertirá en un agujero negro en sí misma.


Los agujeros negros de masa estelar (últimos vestigios del colapso de estrellas muy masivas) encontrados en la Vía Láctea pesan hasta diez veces la masa del Sol y ciertamente no son tomados a la ligera, pero fuera de nuestra galaxia pueden ser sólo jugadores de ligas menores ya que los astrónomos han descubierto otro agujero negro con una masa de más de quince veces la del Sol. Este es uno de sólo tres objetos de este tipo descubiertos hasta ahora.

El agujero negro anunciado recientemente está en una galaxia espiral llamada NGC 300 ubicada a seis millones de años-luz de la Tierra. "Es el agujero negro de masa estelar más distante que se haya pesado y es el primero que hemos visto fuera de nuestro propio vecindario galáctico, el Grupo Local", dice Paul Crowther, Profesor de Astrofísica en la Universidad de Sheffield y autor principal del artículo que dio cuenta del estudio. La curiosa compañera del agujero negro es la estrella Wolf-Rayet, que también tiene una masa unas veinte veces superior a la del Sol. Las estrellas Wolf-Rayet están cerca del fin de sus vidas y expulsan la mayor parte de sus capas exteriores a sus alrededores antes de explotar como supernova, con sus centros implosionando para formar agujeros negros.

En 2007, un instrumento de rayos X a bordo del observatorio Swift de la NASA inspeccionó los alrededores de la fuente más brillante de rayos X en NGC 300, descubierta anteriormente con el observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. "Registramos emisiones periódicas de rayos X extremadamente intensas, una pista de que el agujero negro podría estar merodeando el área", explica Stefania Carpano, miembro del grupo de ESA.

Gracias a las nuevas observaciones llevadas a cabo con el instrumento FORS2 instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, los astrónomos han confirmado sus corazonadas iniciales. La nueva información muestra que el agujero negro y la estrella Wolf-Rayet bailan entre sí en un 'vals diabólico' en un período de 32 horas. Los astrónomos también descubrieron que el agujero negro está arrancando materia desde la estrella a medida que se orbitan mutuamente.

"Esta es una pareja realmente 'íntima'. Cómo se formó un sistema tan firmemente unido, aún es un misterio", señala el colaborador Robin Barnard.

Sólo se había visto un sistema de este tipo previamente, pero otros sistemas que incluyeran un agujero negro y una estrella compañera no son desconocidos para los astrónomos. Basados en estos sistemas, los astrónomos ven una conexión entre la masa del agujero negro y la química galáctica. "Nos hemos dado cuenta que los agujeros negros más masivos tienden a encontrarse en galaxias más pequeñas que contienen menos elementos químicos pesados", señala Crowther. "La galaxias más grandes que son ricas en elementos pesados, como la vía Láctea, sólo son exitosas en la producción de agujeros negros con masas más pequeñas". Los astrónomos creen que una concentración más alta de elementos químicos pesados influye en cómo evoluciona una estrella masiva, aumentando la cantidad de materia que desprende y resultando en un agujero negro más pequeño una vez que el vestigio finalmente colapsa.

En menos de un millón de años será el turno de la estrella Wolf-Rayet de transformarse en una supernova y convertirse en agujero negro. "Si el sistema sobrevive a esta segunda explosión, los dos agujeros negros se fusionarán, emitiendo abundante energía en la forma de ondas gravitacionales a medida que se combinen[1]", concluye Crowther. Sin embargo, tomará unos cuantos de miles de millones de años hasta que se fusionen realmente, tiempos mucho más extensos que la escala de tiempo humana. "No obstante, nuestro estudio muestra que dichos sistemas podrían existir y que aquéllos que ya han evolucionado en agujeros negros binarios pueden ser detectados mediante investigaciones de ondas gravitacionales, tales como -los experimentos- LIGO o Virgo".



Nota:
[1] Predicho por la teoría de la relatividad de Einstein, las ondas gravitacionales son ondas en la fábrica del tiempo y del espacio. Importantes ondas gravitacionales son generadas donde quiera que hayan variaciones extremas de fuertes campos gravitacionales con tiempo, como ocurre durante la fusión de dos agujeros negros. La detección de ondas gravitacionales, hasta ahora nunca observadas directamente, representa uno de los principales desafíos para las próximas décadas.
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XMM-Newton: una década de descubrimientos

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El observatorio de rayos-X de la ESA, XMM-Newton, celebra mañana su 10° aniversario. Durante esta década de operaciones, este extraordinario observatorio orbital ha proporcionado nuevos datos en cada ámbito de la astronomía. Desde nuestro transfondo cósmico hasta los límites más lejanos del Universo, XMM-Newton ha cambiado nuestra forma de ver el Espacio.


El 10 de diciembre de 1999, un Ariane 5 despegaba desde el Puerto Espacial Europeo en Kourou, Guayana Francesa, transportando un satélite de 10m de longitud, XMM-Newton. Fueron necesarios ocho días de maniobras para alcanzar la órbita terrestre necesaria para sus operaciones, una trayectoria de alta excentricidad que se extiende hasta un tercio de la distancia a la Luna. Pocos días más tarde, los tres módulos de espejos cubiertos de oro de XMM-Newton empezaron a focalizar rayos-X sobre sus cinco instrumentos. Una cámara de monitorización óptica permite a los astrónomos apuntar el telescopio a sus objetivos. Lo que comenzó como una pequeña fuente de nuevos datos pronto se convirtió en una auténtica avalancha, con la publicación de más de 2.200 artículos de investigación basados en las observaciones realizadas por XMM-Newton.

"10 años es mucho tiempo para una misión espacial; hemos hecho grandes avances en todos los ámbitos de la astronomía", comenta Norbert Schartel, Científico de Proyecto de la ESA para esta misión.

Los rayos-X se generan en el Espacio en las condiciones más extremas, con frecuencia como resultado de trágicos sucesos. Pueden ser generados en los intensos campos gravitatorios y magnéticos que rodean a ciertos objetos celestes, como las estrellas de neutrones o los agujeros negros, o cuando nubes de gas gigantes colisionan con cúmulos de galaxias.

XMM-Newton ha destacado en el estudio de los agujeros negros o, para ser más precisos, en el estudio de su entorno. Al identificar los rayos-X emitidos por los átomos de hierro, demostró cómo los agujeros negros retuercen el tejido espacio-temporal alrededor de sí mismos. También ha revelado cómo crecen los agujeros negros supermasivos y cómo condicionan la evolución de las galaxias más masivas del Universo, y ha seguido el desarrollo de las estructuras más grandes del Espacio: los cúmulos de galaxias. También ha rastreado la producción y la dispersión de los elementos químicos pesados en las explosiones de estrellas, y ha detectado una intensa actividad magnética en estrellas jóvenes similares a nuestro Sol.

Más cerca de casa, XMM-Newton ha descubierto que Marte tiene una atmósfera bastante más espesa de lo que inicialmente se pensaba. La tenue capa exterior del Planeta Rojo, conocida como su exosfera, se extiende hasta seis veces el radio de Marte. También descubrió que los cometas de hielo procedentes del Sistema Solar exterior emiten rayos-X. Quizás uno de los resultados más extraordinarios fue que XMM-Newton localizó una zona caliente en una estrella de neutrones, a una distancia de 552 años-luz. Esta zona tenía simplemente 60m de diámetro, ínfima para ser detectada con tanta claridad desde la órbita terrestre. El satélite realizó descubrimientos similares en otras dos estrellas de neutrones.

XMM-Newton ha jugado un papel importante en el estudio de la materia oscura, una sustancia hipotética que se supone cinco veces más abundante que la materia normal. Se creía que la variedad favorita de materia oscura emitiría rayos-X o rayos gamma al decaer una partícula, por lo que XMM-Newton estuvo buscando estas 'líneas de decaimiento' en cúmulos de galaxias pero no encontró nada, lo que ayudó a los teóricos a restringir sus hipótesis.

Hoy en día, XMM-Newton permanece en la vanguardia de la astronomía, proporcionando datos a más de 2.000 astrónomos de todo el mundo, que generan unos 300 artículos técnicos referenciados cada año. Cada segundo de tiempo de observación sigue estando altamente disputado, recibiéndose peticiones que exceden siete veces el tiempo disponible de observación cada vez que el equipo del proyecto solicita nuevas propuestas de observación.


En cuanto al futuro, todavía hay mucho Universo que estudiar. Su antecesor, el telescopio Rosat, catalogó 125.000 fuentes de rayos-X, mientas que XMM-Newton tan sólo ha estudiado 4.300 de ellas. Incluso tras una década en el Espacio, el satélite permanece en perfectas condiciones. "Desde el punto de vista tecnológico, no hay nada que no nos permita continuar una década más", concluye Schartel.




Vea también: Algunos hallazgos del XMM-Newton
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Algunos hallazgos del XMM-Newton

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Este año se ha anunciado el descubrimiento de un nuevo tipo de agujero negro gracias a observaciones hechas con el telescopio espacial de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Europea del Espacio (ESA). Se trata de un agujero negro con una masa muy diferente a la de los conocidos hasta ahora: al menos 500 veces más que el Sol. Con esa masa es un caso intermedio entre los agujeros negros pequeños, que tienen una masa parecida a la del Sol, y los que se ven en el centro de muchas galaxias, incluida la nuestra, y que son al menos un millón de veces más masivos.

A pesar de que su existencia se esperaba, nadie había encontrado pruebas fiables de la existencia de estos agujeros negros intermedios hasta que se dispuso de las observaciones de XMM-Newton. Es uno de los últimos hallazgos de este telescopio espacial europeo que ha llegado a los titulares de los medios.

Otro gran resultado de XMM-Newton se obtuvo a mediados de 2006, cuando otros astrónomos encontraron uno de los cúmulos de galaxias más lejanos conocidos. Los cúmulos son grupos de galaxias que se mantienen unidas por su mutua atracción gravitatoria, y su estudio ayuda enormemente a entender cómo se ha formado el universo que conocemos.

Ambas noticias llamaron en su día la atención del público. Sin embargo, muy a menudo lo que realmente interesa a los astrónomos es algo que pasa inadvertido. El trabajo de los científicos, y de los astrónomos en particular, es la mayoría de las veces arduo, difícil, metódico, de pelearse con números, datos y programas de ordenador, de sentarse y pensar para entender el significado de lo observado. Por ejemplo, aunque lo más espectacular cuando se estudia el cielo sean las fotografías que se obtienen, lo que proporciona mayor información no son éstas -aunque sean muy útiles-, sino los espectros, mucho menos atractivos estéticamente.

Los espectros permiten identificar la composición química del objeto astronómico en cuestión, cómo se mueve, con qué velocidad y en qué dirección, su temperatura... en resumen, sus características físicas. De alguna manera, pasar de disponer de imágenes a disponer de espectros es como para la policía científica pasar de tener una fotografía de un acusado a disponer de su ADN. La fotografía es muy útil, el ADN es determinante.

Por eso XMM-Newton, diseñado para proporcionar los mejores espectros posibles en el rango de rayos X, nos desvela muchos de los misterios del Universo más violento.

Sirvan como ejemplo de nuevo los cúmulos de galaxias y los agujeros negros. El espacio entre las galaxias que integran un cúmulo está lleno de una enorme cantidad de gas atrapado por aquellas, y muy caliente. Antes de XMM-Newton se pensaba que ese gas se debía enfriar lentamente según cae hacia el centro del cúmulo. La sorpresa fue que los espectros de los primeros cúmulos observados con XMM-Newton no revelaron muestra alguna de ese enfriamiento. ¿Por qué no? ¿Qué hace que el gas se mantenga caliente? Debe de haber alguna fuente calor.

Gracias a los espectros anteriores y a los estudios que les siguieron, ahora sabemos que la fuente de calor es el gigantesco agujero negro de la galaxia situada en el centro del cúmulo. Ese monstruo atrapa el gas de su entorno, que a su vez cae en remolino a velocidades vertiginosas. La rotación del agujero negro hace que se formen chorros de partículas aceleradas a velocidades altísimas, próximas a la de la luz. Los chorros escapan del agujero negro y de la galaxia misma, chocando con el gas del cúmulo, calentándolo, frenando su caída y provocando finalmente que el agujero negro se apague por falta de gas que devorar.

Podemos pensar en ese agujero negro como un lanzallamas gigantesco que funciona de forma cíclica: cuando se enciende sus llamas alcanzan distancias enormes, calientan el gas con el que se encuentran y lo frenan en su caída. Pero como este mismo gas es el combustible del lanzallamas, llega un momento en que se agota y la llama se apaga. Así el gas se enfría, y de nuevo vuelve a caer puesto que ya no lo frena nada. Entonces el lanzallamas otra vez tiene combustible y se inicia otro ciclo. La interacción entre el agujero negro y el gas del cúmulo conforman un mecanismo interactivo de retroalimentación, que regula el crecimiento del agujero negro y modela el interior del cúmulo.

Hemos resuelto un misterio más. Gracias al telescopio XMM-Newton de la ESA comprendemos ahora mejor cómo se ha formado el universo que conocemos a partir del Big-Bang, cómo se acelera el gas en las proximidades de los agujeros negros y cómo parte de este gas sale expulsado e interacciona con el medio. Sin embargo aún queda mucho por hacer, por entender y por descubrir. Confiamos en que a XMM-Newton le queden muchos años para seguir guiándonos en ese camino.
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Estudiando un Agujero Negro de masa mediana

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Si bien los astrónomos han estudiado los agujeros negros ligeros y pesados durante décadas, la evidencia de agujeros negros con masa mediana o intermedia ha sido mucho más difícil de conseguir. La existencia de este raro tipo de agujero negro sólo se ha podido constatar en julio de este año por primera vez.

Ahora, astrónomos del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA han encontrado que una fuente de rayos X en la galaxia NGC 5408 representa uno de los mejores casos de agujero negro de masa mediana identificados hasta el momento. Esta fuente nombrada como NGC 5408 X-1 se cree compuesta por un agujero negro que estaría engulliendo gas para alimentar su prodigiosa emisión de rayos X, el material probabalmente fluye hacia el agujero desde una estrella en órbita.

"Los agujeros negros con masa intermedia contienen entre 100 y 10.000 veces la masa del Sol", explicó Tod Strohmayer, astrofísico en el centro Goddard. "Observamos los agujeros negros pesados en el centro de las galaxias y los ligeros orbitando estrellas en nuestra propia galaxia. Pero encontrar a sus parientes intermedios sigue siendo un desafío", señaló.

Varias galaxias cercanas contienen objetos brillantes conocidos como fuentes ultraluminosas de rayos X (ULX). Aparentenemente emiten más energía que ningún otro proceso conocido en las estrellas pero menos que en los centros de las galaxias activas, que son conocidos por contener agujeros negros con masas de hasta un millón de veces la de nuestra estrella, el Sol.

"Los ULX son buenos candidatos para ser agujeros negros de masa intermedia, y uno de ellos situado en la galaxia NGC 5408 es especialmente interesante", declaró Richard Mushotzky, astrofísico en la Universidad de Maryland. Esta galaxia se sitúa a 15,8 millones de años luz en la constelación de Centauro.

Usando el observatorio orbital XMM-Newton de la Agencia Especial Europea, Strohmayer y Mushotzky estudiaron la fuente de rayos X (conocida como NGC 5408 X-1) en 2006 y 2008.

El XMM-Newton detectó lo que los astrónomos denominan "oscilaciones casi periódicas", un parpadeo regular causado por la acumulación de gas caliente en lo profundo del disco de acreción que se forma alrededor de un objeto masvio. La frecuencia de este parpadeo fue alrededor de 100 veces más lento que la vista en agujeros negros de masa estelar.

A partir de los datos tomados por los telescopios espaciales Swift y XMM-Newton, la investigación ha concluido que el agujero negro posee entre 1.000 y 9.000 masas solares, y su "horizonte de eventos" (tamaño en radio) estaría comprendido entre 6.000 y 55.000 kilómetros. Es decir, entre la mitad y 4 veces el diámetro de la Tierra. NGC 5408 X-1 muestra aumentos y disminuciones de emisiones de rayos X, cada 115,5 días.

"Los astrónomos han estado estudiando a NGC 5408 X-1 por un largo tiempo, porque es uno de los mejores candidatos para ser un agujero negro de masa intermedia", añade Felipe Kaaret en la Universidad de Iowa, que ha estudiado el objeto a longitudes de onda de radio. "Estos nuevos resultados de investigación nos indican lo que está pasando cerca del agujero negro y permiten añadir pruebas sólidas de que es inusualmente masivo".
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El gigante que 'descansa' en el centro de la Vía Láctea

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En una dramática nueva vista del centro de la Vía Láctea, el Telescopio Espacial Chandra revela niveles de complejidad impensados para esta región.


Durante muchos años, los astrónomos se han preguntado el motivo por el que Sagitario A, el gigantesco agujero negro que hay en el centro de nuestra galaxia, parece estar dormido. En efecto, y a pesar de que tiene casi cuatro millones de veces la masa del Sol, el monstruo da muy pocas muestras de actividad si se le compara con los agujeros negros de otras galaxias, que irradian miles de millones de veces más energía. Ahora, una nueva imagen del centro de nuestra galaxia obtenida por el telescopio de rayos X Chandra apuntan a una posible explicación.

En la fotografía (un mosaico de 88 imágenes de Chandra del centro de la galaxia) aparece un extraordinario paisaje dominado por completo por Sagitario A. El agujero negro y varias jóvenes y enormes estrellas destacan entre la bruma y el caos de gas supercaliente que rodea al tenebroso gigante.

"Nos hemos preguntado con asombro por qué el agujero negro central de la Vía Láctea parece ser un gigante adormilado. Pero ahora nos hemos dado cuenta de que fue mucho más activo en el pasado. Quizá esté solo descansando después de esa gran actividad", dice Tatsuya Inui, de la universidad japonesa de Kyoto.

Tatsuya Inui lidera un equipo de astrónomos que utiliza datos de varios satélites y observatorios de rayos X (los japoneses Suzaku y Asca X, el Chandra de la NASA y el XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea) para determinar la historia de 'nuestro' agujero negro central. Y esos datos revelan que hace no demasiado tiempo (apenas unos 300 años) que Sagitario A expulsó una gigantesca llamarada de energía. Después se 'apagó' y así ha seguido hasta ahora.

La razón para utilizar telescopios de rayos X es que, sencillamente, en ningún otro rango del espectro se podrían obtener resultado parecidos. Los rayos X, en efecto, penetran (casi como si no existieran) en el interior de las densas nubes de polvo y gas que rodean el centro galáctico, y nos muestran lo que hay en su interior. Algo que sería imposible con un telescopio óptico.

Los datos obtenidos entre 1994 y 2005 indican que las nubes de gas que le rodean (y que los científicos llaman Sagitario B2), brillan y se apagan rápidamente a la luz de los rayos X. Una radiación que procede del borde mismo del agujero negro, donde se acumula la materia alrededor del gigante, que se calienta y emite rayos X.

Durante los últimos 300 años, los rayos X que demuestran la existencia de esa gran llamarada a principios del siglo XVIII han recorrido, a la velocidad de la luz, la distancia que separa Sagitario A de Sagitario B2. Por eso, cuando los científicos observan que algo sucede en la nube, lo que ven en realidad es algo que sucedió hace ya tres siglos.

Por suerte para los investigadores, ese 'algo' es una serie de bruscos cambios de brillo en Sagitario B2 (una región de sólo diez años luz de tamaño). "Observando cómo esa nube se ha encendido y apagado durante los últimos diez años -explica Katsuji Koyama, uno de los miembros del equipo investigador- podemos reconstruir la actividad del agujero negro hace 300 años. Y el resultado es que entonces era hasta un millón de veces más brillante que ahora. Debió de liberar una llamarada increíblemente potente".
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Descubren una piedra Rosetta celeste

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El telescopio espacial de rayos-X de la ESA, XMM-Newton, ha descubierto una 'piedra Rosetta celeste': un primer plano de una enana blanca, en órbita alrededor de otra estrella, que podría explotar en un tipo particular de supernova en unos pocos millones de años. Estas supernovas se utilizan como balizas para medir las distancias cósmicas y, en última instancia, comprender la expansión de nuestro Universo.

Los astrónomos han estado siguiendo la pista de este misterioso objeto desde 1997 cuando descubrieron que algo estaba emitiendo rayos-X cerca de la brillante estrella HD 49798. Ahora, gracias a la gran sensibilidad de XMM-Newton, han podido seguir al misterioso objeto a lo largo de su órbita. La observación ha demostrado que se trata de una enana blanca, el corazón muerto de una estrella, emitiendo rayos-X en el espacio.

Sandro Mereghetti, del INAF-IASF de Milán, Italia, y sus colaboradores también han descubierto que ésta no es una enana blanca ordinaria. Han medido su masa y han descubierto que es más de dos veces mayor de lo que se esperaban. La mayoría de las enanas blancas aglutinan 0.6 masas solares en un objeto del tamaño de la Tierra. Esta enana blanca en particular contiene contiene al menos el doble de esa masa pero tiene un diámetro que es la mitad del de la Tierra. También rota sobre sí misma una vez cada 13 segundos, la tasa más rápida de cualquier enana blanca conocida.

La determinación de la masa es fiable porque los datos del seguimiento realizado por XMM-Newton han permitido a los astrónomos utilizar el método más robusto para 'pesar' una estrella, un método basado en la Ley de la Gravitación Universal enunciada por Isaac Newton en el siglo XVII. Seguramente, la enana blanca ha adquirido su inusual masa robando gas de la estrella a la que acompaña, en un proceso conocido como acreción. Con una masa de 1.3 veces la de nuestro Sol, la enana blanca se está acercando a un límite peligroso.

Cuando tenga más de 1.4 masas solares, la enana blanca puede explotar, o bien colapsarse para formar un objeto todavía más compacto conocido como estrella de neutrones. La explosión de una enana blanca es la principal explicación para el origen de las supernovas de tipo Ia, unos objetos brillantes que son utilizados por los astrónomos como puntos de referencia para medir la expansión del Universo. Hasta ahora, los astrónomos no habían sido capaces de encontrar una enana blanca adquiriendo masa en un sistema binario en el que la masa se pudiese determinar con tanta precisión.

"Esta es la piedra Rosetta de las enanas blancas en sistemas binarios. Nuestra precisa determinación de las masas de las dos estrellas ha sido fundamental. Ahora podremos estudiarla con más detalle y tratar de reconstruir su pasado, de forma que podamos calcular su futuro", comenta Mereghetti.

Su futuro será espectacular. Se cree que la estrella explotará en unos pocos millones de años. Aunque está suficientemente lejos como para no suponer ningún peligro para la Tierra, está suficientemente cerca como para convertirse en un espectáculo celeste extraordinario. Los cálculos sugieren que brillará inicialmente con la intensidad de la luna llena y que será tan brillante que podrá ser observada a simple vista en pleno día.

Nuestros descendientes podrán ver un fantástico espectáculo. Gracias a XMM-Newton, podemos empezar a imaginárnoslo.
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