El cielo en rayos X de Spektr-RG

Por Daniel Marín, el 21 junio, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Rusia ✎ 33

En julio de 2019 Roscosmos lanzó el observatorio espacial Spektr-RG mediante un cohete Protón-M/Blok DM-03 desde Baikonur. Spektr-RG —a veces conocido con la versión occidentalizada de su nombre, Spectrum-RG, o como Спектр-РГ, Espectro Röntgen-Gamma/Рентген-Гамма, o sea, ‘rayos X y rayos gamma’)— se convirtió en septiembre del año pasado en el primer satélite ruso en alcanzar el punto de Lagrange ESL2 del sistema Tierra-Sol. La carga útil del observatorio eran dos detectores de rayos X, el telescopio alemán eROSITA y el ruso ART-XC. eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array) es un telescopio desarrollado por el MPE (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) capaz de observar los rayos X suaves en el rango de energía de 0,3 a 11 kiloelectronvoltios (keV). La novedad de este telescopio comparado con otros observatorios de rayos X como el XMM Newton de la ESA o el AXAF Chandra de la NASA es que, gracias a sus siete telescopios individuales de óptica rasante, cubre un gran campo de visión (0,81 grados cuadrados) al mismo tiempo que posee una resolución espacial relativamente alta (18 segundos de arco) y una enorme sensibilidad. Por su parte, el telescopio ruso ART-XC (Astronomical Roentgen Telescope – X-ray Concentrator) también tiene siete unidades de óptica rasante, pero se centra en rayos X más energéticos (6 a 30 keV), por lo que tiene una resolución y un campo de visión más pequeños (0,3 grados cuadrados y 45 segundos de arco, respectivamente).

El cielo en rayos X visto por eROSITA en una proyección de coordenadas galácticas (el ecuador galáctico es el eje horizontal de la elipse). Obviamente, es una imagen en falso color: los rayos X menos energéticos (0,3-0,6 keV) se representan en rojo, los de energías de 0,6-1 keV en verde y los de 1-2,3 keV en azul. La imagen ha sido suavizada para evitar contrastes con las zonas peor cartografiadas (Jeremy Sanders, Hermann Brunner and the eSASS team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (IKI)).

Después de 182 días observando la bóveda celeste desde el punto L2 a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, los equipos de eROSITA y ART-XC han publicado los primeros mapas de todo el cielo en rayos X. El mapa de eROSITA es ciertamente bello y espectacular. Basado en 165 gigabytes de datos tomados entre el 13 de diciembre de 2019 y el 11 de junio de 2020, en él podemos ver cerca de 1,1 millones de fuentes de rayos X. El cielo en rayos X está iluminado por fuentes especialmente energéticas que pueden emitir en estas longitudes de onda, como son agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias, pero también sistemas binarios dentro de la Vía Láctea en el que una de las componentes es un objeto compacto (agujeros negros, estrellas de neutrones o enanas blancas); o, en algunos casos, estrellas solitarias con elevada actividad magnética y coronas muy activas. También destacan por su enorme extensión en el cielo las emisiones provenientes de remanentes de supernovas. Además se puede apreciar el fondo difuso de rayos X generado por muchas fuentes extragalácticas —núcleos activos de galaxias lejanas— y por las emisiones de gas caliente dentro de la Burbuja Local en la que se encuentra el Sol.

El mapa anterior con algunas fuentes identificadas (Jeremy Sanders, Hermann Brunner and the eSASS team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (IKI)).
Mapa celeste en rayos X hecho por el observatorio ROSAT (DLR).
Mapa de fuentes de rayos X en el cielo realizado por el telescopio XMM Newton (ESA).
Partes de Spektr-RG (Roscosmos).

En las imágenes de eROSITA, los rayos X difusos de la Burbuja Local se aprecian como un gran manchón rojizo que cubre casi todo el cielo. El plano galáctico, rico en nubes de polvo y gas, consigue bloquear los rayos X menos energéticos, de ahí que se aprecie la estructura del plano en las imágenes formando una banda horizontal (en coordenadas galácticas, claro). Como es lógico, los remanentes de supernova de nuestra Galaxia se hallan no muy lejos del plano galáctico. Por arriba y abajo del centro de la Vía Láctea vemos la emisión de rayos X proveniente de los restos de múltiples supernovas que explotaron cerca del centro de nuestra galaxia y, quizás, de antiguos episodios de actividad del agujero negro central de la Vía Láctea. Cada una de las pequeñas «estrellas» que se ven en el mapa son en su amplia mayoría (un 80 %) núcleos de galaxias activas con un gran agujero negro supermasivo en su centro situadas a muchos millones de años luz.

El remanente de Vela, los restos de una supernova que explotó hace doce mil años a 800 años luz. Arriba a la derecha se ve también el remanente de Puppis A, otro resto de supernova. Puppis A se generó por una supernova que explotó hace 3700 años a cuatro veces la distancia de Vela. Abajo a la izquierda apenas se distingue un tercer remanente, Vela Junior, que fue descubierto hace solo veinte años. (Peter Predehl, Werner Becker (MPE), Davide Mella).
El supercúmulo de galaxias Shapley (Esra Bulbul, Jeremy Sanders (MPE)).
Las cuatro fuentes de rayos X más intensas de la Gran Nube de Magallanes (Frank Haberl, Chandreyee Maitra (MPE)).

El mapa de eROSITA supone un incremento sustancial en resolución y sensibilidad comparado con el anterior mapa similar, creado por el telescopio espacial alemán ROSAT hace tres décadas. Por su parte, el mapa global del telescopio ruso ART-XC solo muestra las fuentes de rayos X más energéticas, como son los sistemas binarios dentro de nuestra Galaxia y que, por tanto, aparecen como fuentes puntuales cerca del plano galáctico. Los datos del ART-XC se obtuvieron entre el 8 de diciembre de 2019 y el 10 de junio de 2020. En todas las imágenes destaca Scorpius X-1, la fuente de rayos X más intensa después del Sol y que, en realidad, es un sistema binario formado por una estrella «normal» de baja masa y una estrella de neutrones situadas a nueve mil años luz. También se aprecia la superburbuja del Cisne del brazo de Orión, una región con fuentes de rayos X muy intensas asociadas a las estrellas supergigantes azules de tipo O y B de la zona.

Mapa del cielo del telescopio ruso ART-XC (IKI).
Órbita de Spektr-RG (IKI).

Aunque estos mapas son espectaculares, la aventura de Spektr-RG no ha hecho más que comenzar. eROSITA realizará un mapa completo del cielo cada seis meses de aquí a 2026, detectando numerosas fuentes de altas energías, entre ellas unos cien mil cúmulos de galaxias y múltiples fenómenos transitorios. El proyecto Spektr-RG se remonta a los años 80, pero en 2005 se reformó por completo con la incorporación del telescopio Lobster Eye del Reno Unido y ROSITA de Alemania, dos instrumentos que debían haberse instalado en el exterior de la ISS. El Reino Unido se retiró del proyecto, pero en 2007 Rusia y Alemania firmaron un acuerdo para lanzar ROSITA —luego eROSITA— junto con el ART-XC a bordo del Spektr-RG en 2011, una fecha que fue retrasada en numerosas ocasiones por culpa de varios problemas presupuestarios y técnicos.

eROSITA (Max Planck).
eROSITA (Max Planck MPE).
Telescopio de rayos X alemán eROSITA (NPO Lávochkin).
Telescopios de rayos X alemanes de eROSITA (Max Planck MPE).
Spektr-RG acoplado a la etapa Blok DM-03 (Roscosmos).

Referencias:

  • http://www.mpe.mpg.de/7461950/erass1-presskit
  • http://press.cosmos.ru/million-istochnikov-i-mlechnyy-put-na-rentgenovskoy-karte-vsego-neba-dannye-teleskopa-erozita-na
  • https://www.roscosmos.ru/28671/
  • https://www.roscosmos.ru/28703/


33 Comentarios

  1. Nunca me dejará de sorprender que existan las estrellas O. ¿Cómo pueden ser tan monstruosas? Incluso en la secuencia principal, se pueden ver en el mapa más energético en rayos X…

    1. A mi también me ha sorprendido lo vacío que está el L2. Hay muchas referencias a él.
      Si pensamos que llevamos 20 años hablando del James Webb, es más fácil entenderlo. Y es uno de los datos que suelen salir lo de la órbita L2.
      Es que hay nada menos que 8 proyectos de telescopios que acabarán allá en los próximos años.

  2. – ¿Qué te ha parecido este artículo sobre observatorios astrofísicos germano-rusos, Satán?
    – ¡Guauuu!!!
    – Opino lo mismo… Venga, vamos a dar tu paseo hasta el parque de perros…

    1. Estimo que esta información puede ser usada para segmentar y descartar los sectores de la galaxia que por el hecho de estar afectados con altas energías, entonces, pudieran ser menos propicios para que la vida como la conocemos, o pudiéramos especular que pudiera ser, se hubiera desarrollado.
      es decir, a partir de estos mapas indagar por marcadores de vida en las áreas más ‘frias’.
      En cuanto a rayos X ¿cuál es la temperatura promedio de nuestro vecindario? y ¿hasta cuanto se estima que podríamos soportar incluso atmósfera mediante? No solo los humanos, claro, toda la vida del planeta.

      1. Un tema muy interesante.
        Quizá la vida compleja no se puede desarrollar en la superficie de un planeta si hay mucho flujo de rayos X, anunque sea por periodos breves pero frecuentes, cada pocos de pocos millones de años. Quizá la aparición de vida animal en los últimos 500, de los más de 4500, millones de años de la Tierra, se deba a una calma poco frecuente.

    1. Buen artículo!! Hermosa radiografía en rayos X de la galaxia. Esa sensación de encontrarse envuelto por una caverna de luz estelar, se puede notar en la imagen.

    2. Pero ese paper es de 2007 😉

      En 2010 se descubrieron las Fermi Bubbles y desde entonces quedó establecida la correspondencia al menos morfológica de 3 tipos de grandes estructuras… las estructuras de Rayos X mapeadas por ROSAT (incluyendo la North Polar Spur)… la neblina (haze) de microondas mapeada por WMAP… y las emisiones de Rayos Gamma mapeadas por Fermi-LAT.

      Estos son los 2 papers del descubrimiento, el primero es algo preliminar, el segundo es del anuncio oficial:

      [2010 Junio] The Fermi Haze: A Gamma-ray Counterpart to the Microwave Haze

      [2010 Noviembre] Giant Gamma-ray Bubbles from Fermi-LAT: AGN Activity or Bipolar Galactic Wind?

      Desde entonces ha habido montones de estudios y parecería cada vez más claro que esos 3 tipos de grandes estructuras tienen un origen común. Aquí van algunos de los estudios más recientes:

      [2018] Possible connection between the asymmetry of North Polar Spur and Loop I with Fermi Bubbles

      [2019] Giant ‘chimneys’ vent X-rays from Milky Way’s core

      [2020] La noticia: Common Origin of Colossal Fermi Bubbles and Galactic Center X-Ray Outflows Revealed
      El paper: Simulating the Fermi Bubbles as Forward Shocks Driven by AGN Jets

      1. Asombroso y terrible.
        Según la noticia de 2020 la materia total consumida por Sgr A * durante este evento es de aproximadamente 100 masas solares.

        ¿Habrá algún registro fósil del evento?
        Quizá la humanidad, que nació después, del evento que produjo las burbujas de Fermi, no sería ni parecida si este hubiera ocurrido hace unos pocos miles de años.

      1. Todo es cuestión de prioridades!

        Si para Roscosmos un proyecto no es prioridad, se verá atrasado!

        Pero es más fácil financiar un proyecto de Roscosmos que concluir un diseño de SpaceX!

  3. Cuando hayan hecho todas las pasadas que tienen planeadas ¿se podrá hacer una versión en tres dimensiones o se pueden cruzar ya los datos con GAIA por ejemplo? ¿O sobrarían puntitos del visible?

    1. Es muy habitual cruzar catálogos, una vez los tienes disponibles.
      Habrá fuentes que tendrán una contrapartida en el visible y otras no y otras no estarán seguros de si se corresponde o no.

  4. ¡Impresionante imagen en falso color de luz que no podemos ver!

    Como dice el refrán, «nada es verdad ni mentira, todo es según el color del cristal con que se mira».

    Entre lo que no podemos ver, no por la longitud de onda, sino por la orientación, supongo que debe de haber haces muy colimados de luz y partículas, emitidos por estas fuentes de rayos X. Estos haces sólo los detectaríamos, como ráfagas, durante los breves instantes en que los cruzamos, entre las que estarían los FRBs.

    Me imagino el universo cruzado por una malla de estos haces. Me pregunto en qué proporción contribuirían a la masa/energía del universo.

  5. Gracias Daniel. Unos ojos diferentes para ver y aprender cosas diferentes 🙂 Un telescopio con gafas especiales, para discernir los eventos más energéticos.

    Sin duda existe una gran importancia en general, en ver las cosas desde un prisma diferente. Es completar un puzzle necesario para comprender mejor lo que nos rodea. Mola.

      1. Sus razones tendrán para hacer esos experimentos, pero me cuesta imaginar el efecto que puede tener la microgravedad de la ISS, o la gravedad a ras de tierra, sobre algo tan pequeño como las bacterias.

        1. Por un articulo que leí de casualidad de daniel (mitos vs realidad estaciones espaciales) descubrí que al parecer se consigue un grado de pureza mayor en las muestras en gravedad 0.
          Desconozco las causas pero te remito al artículo para comprobarlo.

      1. Se me ocurren muchas respuestas, pero la más evidente es que los agujeros negros supermasivos, que son los que están en los centros galácticos, no son de origen estelar.

      2. Quizá en la fusión de dos galaxias sus agujeros supermasivos acaben acercándose al centro de la galaxia resultante. Creo haber oido algo así en Radio Skylab.

  6. Esto sí que me emociona. Esto sí que trastorna la mente. ¡Viva la ciencia y la tecnología al servicio de la ciencia! Con esta misión los astrofísicos tienen para 2-3 décadas de estudio, gracias a la cooperación ruso-alemana.

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