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El concepto de este artista muestra las posibles ubicaciones del hierro reveladas en el espectro de rayos X de NGC 4151 de XRISM. Los científicos creen que el hierro que emite rayos X se encuentra en el disco de acreción caliente, cerca del agujero negro. El hierro que absorbe los rayos X puede estar más lejos, en una nube más fría de material llamada toroide. Crédito: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
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El concepto de este artista muestra las posibles ubicaciones del hierro reveladas en el espectro de rayos X de NGC 4151 de XRISM. Los científicos creen que el hierro que emite rayos X se encuentra en el disco de acreción caliente, cerca del agujero negro. El hierro que absorbe los rayos X puede estar más lejos, en una nube más fría de material llamada toroide. Crédito: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Después de comenzar las operaciones científicas en febrero, la XRISM (Misión de Espectroscopía e Imágenes de Rayos X) liderada por Japón estudió el monstruoso agujero negro en el centro de la galaxia NGC 4151.
“El instrumento Resolve de XRISM capturó un espectro detallado del área alrededor del agujero negro”, dijo Brian Williams, científico del proyecto de la NASA para la misión en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la agencia en Greenbelt, Maryland. “Los picos y caídas son como huellas dactilares químicas que pueden decirnos qué elementos están presentes y revelar pistas sobre el destino de la materia a medida que se acerca al agujero negro”.
XRISM (pronunciado “crism”) está dirigido por JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) en colaboración con la NASA, junto con contribuciones de la ESA (Agencia Espacial Europea). Se lanzó en septiembre. 6 de diciembre de 2023. La NASA y JAXA desarrollaron Resolve, el espectrómetro microcalorímetro de la misión.
NGC 4151 es una galaxia espiral a unos 43 millones de años luz de distancia en la constelación norteña de Canes Venatici. El agujero negro supermasivo en su centro tiene más de 20 millones de veces la masa del sol.
La galaxia también está activa, lo que significa que su centro es inusualmente brillante y variable. El gas y el polvo que giran hacia el agujero negro forman un disco de acreción a su alrededor y se calientan mediante fuerzas gravitacionales y de fricción, creando variabilidad. Parte de la materia al borde del agujero negro forma chorros gemelos de partículas que salen disparados de cada lado del disco a casi la velocidad de la luz. Una nube hinchada de material en forma de rosquilla llamada toro rodea el disco de acreción.
El instrumento Resolve a bordo de XRISM (Misión de Espectroscopía e Imágenes de Rayos X) capturó datos del centro de la galaxia NGC 4151, donde un agujero negro supermasivo está consumiendo lentamente material del disco de acreción circundante. El espectro resultante revela la presencia de hierro en el pico alrededor de 6,5 keV y las caídas alrededor de 7 keV, luz miles de veces más energética de lo que nuestros ojos pueden ver. Fondo: Una imagen de NGC 4151 construida a partir de una combinación de rayos X, luz óptica y de radio. Crédito: Espectro: JAXA/NASA/XRISM Resolve. Antecedentes: rayos X, NASA/CXC/CfA/J.Wang et al.; óptico, Grupo de Telescopios Isaac Newton, Telescopio La Palma/Jacobus Kapteyn; radio, NSF/NRAO/VLA
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El instrumento Resolve a bordo de XRISM (Misión de Espectroscopía e Imágenes de Rayos X) capturó datos del centro de la galaxia NGC 4151, donde un agujero negro supermasivo está consumiendo lentamente material del disco de acreción circundante. El espectro resultante revela la presencia de hierro en el pico alrededor de 6,5 keV y las caídas alrededor de 7 keV, luz miles de veces más energética de lo que nuestros ojos pueden ver. Fondo: Una imagen de NGC 4151 construida a partir de una combinación de rayos X, luz óptica y de radio. Crédito: Espectro: JAXA/NASA/XRISM Resolve. Antecedentes: rayos X, NASA/CXC/CfA/J.Wang et al.; óptico, Grupo de Telescopios Isaac Newton, Telescopio La Palma/Jacobus Kapteyn; radio, NSF/NRAO/VLA
De hecho, NGC 4151 es una de las galaxias activas más cercanas conocidas. Otras misiones, incluido el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble, lo han estudiado para aprender más sobre la interacción entre los agujeros negros y su entorno, lo que puede indicar a los científicos cómo los agujeros negros supermasivos en los centros galácticos crecen a lo largo del tiempo cósmico.
La galaxia es inusualmente brillante en rayos X, lo que la convirtió en un objetivo inicial ideal para XRISM.
El espectro de Resolve de NGC 4151 revela un pico agudo en energías de poco menos de 6,5 keV (kiloelectrones voltios), una línea de emisión de hierro. Los astrónomos creen que gran parte del poder de las galaxias activas proviene de los rayos X que se originan en regiones calientes y en llamas cercanas al agujero negro. Los rayos X que rebotan en el gas más frío del disco hacen que el hierro presente fluorescencia, produciendo un pico de rayos X específico. Esto permite a los astrónomos obtener una mejor imagen tanto del disco como de las regiones en erupción mucho más cercanas al agujero negro.
El espectro también muestra varias caídas alrededor de 7 keV. El hierro situado en el toro también provocó estas caídas, aunque más por absorción de rayos X que por emisión, porque el material allí es mucho más frío que en el disco. Toda esta radiación es unas 2.500 veces más energética que la luz que podemos ver con nuestros ojos.
El hierro es sólo un elemento que XRISM puede detectar. El telescopio también puede detectar azufre, calcio, argón y otros, según la fuente. Cada uno de ellos les dice a los astrofísicos algo diferente sobre los fenómenos cósmicos esparcidos por el cielo de rayos X.
XRISM es una misión colaborativa entre JAXA y NASA, con participación de la ESA. La contribución de la NASA incluye la participación científica de la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
