El universo en rayos X

Los telescopios Chandra, de la NASA, y XMM-Newton, de la ESA, permiten observar fenómenos en el espacio con este tipo de luz tan energética

Cuando nos hablan de rayos X automáticamente nos viene a la cabeza la radiografía que nos ha hecho el médico. Uno de los motivos por los que son útiles los rayos X es porque algunos materiales son "transparentes" (dejan pasar casi toda la luz) a esta radiación, como ocurre con la piel. Los mismos materiales puede que dejen pasar un tipo de luz, como la visible (la que puede captar nuestro ojo), pero no otra, como la ultravioleta (que nos pone morenos) o la infrarroja (usada en mandos a distancia). O pueden ser opacos a esa misma luz visible, pero absorber muy poca luz en rayos X.

Los rayos X son un tipo de luz muy energética (son de alta frecuencia), de modo que normalmente se generarán en lugares muy calientes, de entre 1 y 100 millones de grados. Este tipo de temperaturas son muy altas hasta para las estrellas. Hay algún mecanismo de emisión alternativo para los rayos X que tiene que ver con la presencia de campos magnéticos que aceleran sus electrones, emitiendo un tipo de luz un poco peculiar (por ejemplo, radiación sincrotrón). Para observar fenómenos en rayos X es necesario salir de la atmósfera que, aunque deja pasar la mayoría de la luz visible, absorbe la totalidad de los rayos X. Actualmente disponemos de dos grandes telescopios en órbita: Chandra, de la NASA, y XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo control científico además se lleva desde la estación en Villafranca del Castillo, en Madrid.

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En tiempos se pensaba que la emisión en rayos X era algo excepcional en el universo, pero hoy sabemos que la mayoría de las estrellas los emiten, incluso hay algunas más especiales donde la emisión es mucho mayor (luego trataremos éstas). Por otro lado, las galaxias que vemos brillantes en rayos X responden generalmente a fenómenos que conocemos en nuestra galaxia, pero que allí se dan en mayor escala. Es el caso de brotes de formación estelar muy grandes, o agujeros negros supermasivos.

Un misterio no resuelto

Un ejemplo de emisión X lo tenemos bien cercano. Una estrella como el Sol alcanza los millones de grados en su centro, debido a las reacciones nucleares. Conforme nos alejamos del núcleo, las temperaturas van bajando, hasta los 5.000 grados de la superficie. Aquí tenemos uno de los misterios aún no resueltos de la Astrofísica: sobre la superficie del Sol emerge un material muy poco denso pero con temperaturas elevadísimas, alcanzando de nuevo el millón de grados, y con una intensa emisión de rayos X. Es la corona del Sol. Allí se producen fenómenos muy explosivos, como las fulguraciones, que pueden llegar a los 10 millones de grados y que derivan en interferencias en nuestros satélites.

Ocasionalmente se eyecta una cantidad de iones que van a parar a la Tierra, y el campo magnético terrestre los desvía hacia los polos, produciendo las bellas auroras boreales (y australes). Este fenómeno se ve potenciado con la rotación: una estrella similar al Sol que rote a una velocidad más alta generará más rayos X (su convección se ve potenciada). Hay dos tipos de estrellas que rotan más rápido de "lo normal": por un lado, estrellas jóvenes, que conservan todo el giro heredado de la nube de la que se han formado y, por otro, estrellas en sistemas binarios (dos estrellas orbitando una en torno a la otra) muy cerrados, donde se acoplan los movimientos de traslación y rotación. El caso de las estrellas jóvenes es particularmente interesante porque las nebulosas donde nacen son transparentes en rayos X, así que podremos tener una "radiografía" de la nebulosa, mostrándonos muchas de las estrellas que hay dentro, más difíciles de ver en el visible.

Los agujeros negros

La emisión más brillante en rayos X se da en los sistemas binarios donde hay una estrella de neutrones o un agujero negro y una estrella compañera. Los enigmáticos agujeros negros no podemos verlos porque la gravedad es tan fuerte que no deja escapar ni la luz. Pero si nos vamos alejando de él llegará un momento en que podamos ver el material "arrancado" de la estrella compañera por la tremenda fuerza gravitatoria del agujero negro y que va cayendo a su interior. Este material emite mucho en rayos X porque en su caída se acelera enormemente y sufre una fricción que lo calienta hasta los millones de grados. Fue así como se detectaron los primeros agujeros negros. Eran fortísimas emisiones en rayos X que se veían en el cielo, y que con el tiempo se identificaron con sistemas binarios de los que sólo se ve la estrella que está donando materia (involuntariamente, pobre...) al agujero negro.

No quiero dejarme en este repaso un ejemplo de emisión que no es sólo por calor. Cuando una estrella muy masiva llega al final de su vida explota dejando un "resto de supernova". Es el caso de la Nebulosa del Cangrejo. Estos restos emiten mucho en rayos X, pero su emisión es una combinación de efectos de la temperatura y de los campos magnéticos.

Jorge Sanz Forcada pertenece al LAEX, Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)

Resto de la supernova observada por Tycho Brahe en 1572. Los rayos X nos muestran el frente de expansión del material expulsado hace 437 años.
Resto de la supernova observada por Tycho Brahe en 1572. Los rayos X nos muestran el frente de expansión del material expulsado hace 437 años.MARCO IACOBELLI (XMM-Newton SOC) y ESA
Maraña de bucles magnéticos en la corona del Sol. El material oscuro de su base es la fotosfera, 1.000 veces más fría que la corona.
Maraña de bucles magnéticos en la corona del Sol. El material oscuro de su base es la fotosfera, 1.000 veces más fría que la corona.MISIÓN TRACE (NASA)

¿Por qué emiten rayos X las estrellas como el Sol?

El mecanismo es complejo de explicar, pero grosso modo sucede por un fenómeno de convección, como las burbujas de una olla hirviendo, que ocurre en las capas más altas de la estrella. La convección transporta en sus "burbujas" materiales cargados eléctricamente a la superficie. Esto ocurre dentro de unos tubos magnéticos, que frecuentemente emergen de la superficie estelar. Estos tubos necesitan conectarse con otros de polaridad opuesta para ser estables, formando los bucles de la imagen que acompaña a este artículo. Al conectarse liberan gran cantidad de energía, que se emplea en parte en calentar el material dentro de los tubos hasta el millón de grados en la corona.

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