El universo en rayos X
Los telescopios Chandra, de la NASA, y XMM-Newton, de la ESA, permiten observar fen¨®menos en el espacio con este tipo de luz tan energ¨¦tica
Cuando nos hablan de rayos X autom¨¢ticamente nos viene a la cabeza la radiograf¨ªa que nos ha hecho el m¨¦dico. Uno de los motivos por los que son ¨²tiles los rayos X es porque algunos materiales son "transparentes" (dejan pasar casi toda la luz) a esta radiaci¨®n, 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 energ¨¦tica (son de alta frecuencia), de modo que normalmente se generar¨¢n en lugares muy calientes, de entre 1 y 100 millones de grados. Este tipo de temperaturas son muy altas hasta para las estrellas. Hay alg¨²n mecanismo de emisi¨®n alternativo para los rayos X que tiene que ver con la presencia de campos magn¨¦ticos que aceleran sus electrones, emitiendo un tipo de luz un poco peculiar (por ejemplo, radiaci¨®n sincrotr¨®n). Para observar fen¨®menos en rayos X es necesario salir de la atm¨®sfera que, aunque deja pasar la mayor¨ªa de la luz visible, absorbe la totalidad de los rayos X. Actualmente disponemos de dos grandes telescopios en ¨®rbita: Chandra, de la NASA, y XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo control cient¨ªfico adem¨¢s se lleva desde la estaci¨®n en Villafranca del Castillo, en Madrid.
En tiempos se pensaba que la emisi¨®n en rayos X era algo excepcional en el universo, pero hoy sabemos que la mayor¨ªa de las estrellas los emiten
En tiempos se pensaba que la emisi¨®n en rayos X era algo excepcional en el universo, pero hoy sabemos que la mayor¨ªa de las estrellas los emiten, incluso hay algunas m¨¢s especiales donde la emisi¨®n es mucho mayor (luego trataremos ¨¦stas). Por otro lado, las galaxias que vemos brillantes en rayos X responden generalmente a fen¨®menos que conocemos en nuestra galaxia, pero que all¨ª se dan en mayor escala. Es el caso de brotes de formaci¨®n estelar muy grandes, o agujeros negros supermasivos.
Un misterio no resuelto
Un ejemplo de emisi¨®n 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 n¨²cleo, las temperaturas van bajando, hasta los 5.000 grados de la superficie. Aqu¨ª tenemos uno de los misterios a¨²n no resueltos de la Astrof¨ªsica: sobre la superficie del Sol emerge un material muy poco denso pero con temperaturas elevad¨ªsimas, alcanzando de nuevo el mill¨®n de grados, y con una intensa emisi¨®n de rayos X. Es la corona del Sol. All¨ª se producen fen¨®menos muy explosivos, como las fulguraciones, que pueden llegar a los 10 millones de grados y que derivan en interferencias en nuestros sat¨¦lites.
Ocasionalmente se eyecta una cantidad de iones que van a parar a la Tierra, y el campo magn¨¦tico terrestre los desv¨ªa hacia los polos, produciendo las bellas auroras boreales (y australes). Este fen¨®meno se ve potenciado con la rotaci¨®n: una estrella similar al Sol que rote a una velocidad m¨¢s alta generar¨¢ m¨¢s rayos X (su convecci¨®n se ve potenciada). Hay dos tipos de estrellas que rotan m¨¢s r¨¢pido de "lo normal": por un lado, estrellas j¨®venes, 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 traslaci¨®n y rotaci¨®n. El caso de las estrellas j¨®venes es particularmente interesante porque las nebulosas donde nacen son transparentes en rayos X, as¨ª que podremos tener una "radiograf¨ªa" de la nebulosa, mostr¨¢ndonos muchas de las estrellas que hay dentro, m¨¢s dif¨ªciles de ver en el visible.
Los agujeros negros
La emisi¨®n m¨¢s brillante en rayos X se da en los sistemas binarios donde hay una estrella de neutrones o un agujero negro y una estrella compa?era. Los enigm¨¢ticos agujeros negros no podemos verlos porque la gravedad es tan fuerte que no deja escapar ni la luz. Pero si nos vamos alejando de ¨¦l llegar¨¢ un momento en que podamos ver el material "arrancado" de la estrella compa?era 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 ca¨ªda se acelera enormemente y sufre una fricci¨®n que lo calienta hasta los millones de grados. Fue as¨ª como se detectaron los primeros agujeros negros. Eran fort¨ªsimas emisiones en rayos X que se ve¨ªan en el cielo, y que con el tiempo se identificaron con sistemas binarios de los que s¨®lo se ve la estrella que est¨¢ donando materia (involuntariamente, pobre...) al agujero negro.
No quiero dejarme en este repaso un ejemplo de emisi¨®n que no es s¨®lo 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 emisi¨®n es una combinaci¨®n de efectos de la temperatura y de los campos magn¨¦ticos.
Jorge Sanz Forcada pertenece al LAEX, Centro de Astrobiolog¨ªa (CSIC-INTA)
?Por qu¨¦ emiten rayos X las estrellas como el Sol?
El mecanismo es complejo de explicar, pero grosso modo sucede por un fen¨®meno de convecci¨®n, como las burbujas de una olla hirviendo, que ocurre en las capas m¨¢s altas de la estrella. La convecci¨®n transporta en sus "burbujas" materiales cargados el¨¦ctricamente a la superficie. Esto ocurre dentro de unos tubos magn¨¦ticos, 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 acompa?a a este art¨ªculo. Al conectarse liberan gran cantidad de energ¨ªa, que se emplea en parte en calentar el material dentro de los tubos hasta el mill¨®n de grados en la corona.
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