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Rayos X calientes desde un Cometa Frio

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Noticiero Científico NASA 

Rayos X calientes de un 
cometa frío

El Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, ha resuelto el misterio de los rayos X en cometas, al observar el núcleo del sorprendente cometa LINEAR.

Agosto 23, 2000 -- Cuando NASA puso en órbita el telescopio de rayos-X Chandra, en Julio de 1999, los científicos estaban ansiosos por observar los más violentos y feroces eventos del Universo. Los sensibles instrumentos del Chandra registran rayos X producidos cuando la materia se calienta a temperaturas de millones de grados, al chocar debido a intensos campos gravitacionales o a violentas fuerzas explosivas. Explosiones de supernova, agujeros negros y galaxias en colisión son cosas normales para este gran observatorio.

Para ser incluido en la competitiva y apretada agenda de observaciones del Chandra, un objeto celeste necesita ser realmente caliente. Pero los científicos hicieron una excepción a la regla el mes pasado, cuando apuntaron el telescopio en dirección al cometa LINEAR, una masa helada compuesta de granos de polvo y gas congelado, del tamaño de una montaña, proveniente de las regiones mas alejadas del Sistema Solar.

Arriba: Los núcleos helados de los cometas están constituidos por de rocas y polvo cementados por gases congelados a temperaturas por debajo de -70 C. El más leve calentamiento por los rayos solares hace que el cometa comience a evaporarse. Los cometas difícilmente parecen ser buenos candidatos para los astrónomos de rayos X. Imagen: Ventanas al Universo (inglés).

El cometa LINEAR es bien conocido por haber "explotado" cuando paso cerca del Sol en Julio del 2000, pero el evento no se puede comparar con una llamarada solar o una explosión de supernova. El cometa simplemente se desintegró, convirtiéndose en un enjambre de pequeños y helados cometas menores o "cometésimos" a medida de que la luz del Sol evaporaba los gases congelados que evitaban que el inestable núcleo de este cometa se dispersara. La explosión del cometa LINEARno fue un evento tan violento como para esperar una gran emisión de rayos X.

Sin embargo, las imágenes del cometa LINEAR enviadas por el Chandra, revelan un resplandor en rayos X rodeando la parte del núcleo cometario orientada hacia el Sol. El frío núcleo, en sí mismo, es invisible en las longitudes de onda correspondientes a los rayos X, pero el gas que lo rodeaba en cambio, parecía haber adquirido vida al emitir rayos X en forma altamente variable.

Este resultado aparentemente contradictorio - emisión de rayos X proveniente de la vecindad de una masa de nieve cósmica - no sorprendió a los investigadores que estudiaban al LINEAR. Esto había sido observado en otro cometa hace cuatro anos atrás, cuando el Satélite Roentgen de la Agencia Espacial Europea (ROSAT) descubrió emisiones de rayos X provenientes de la vecindad del cometa Hyakutake. 

Arriba: Esta imagen del cometa LINEAR tomada por el telescopio CHANDRA muestran una zona de emisión de rayos X en al lado del núcleo cometario orientado hacia el Sol. Los datos están basados en 2 horas de observaciones. [más información]
 
 

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En 1996, el cometa Hyakutake desconcertó a los astrónomos alrededor del mundo cuando pasaba a menos de 16 millones de kilómetros de la Tierra. La luz del Sol, reflejada en su cola de 500 millones de kilómetros de longitud, lo convirtió en uno de los cometas mas brillantes del Siglo XX. Nadie esperaba que el Hyakutake fuera además una poderosa fuente de rayos X, pero los teóricos especulaban en ese momento que el gas polvoriento que rodeaba el núcleo - que se evaporaba rápidamente - podría estar dispersando unos cuantos fotones de alta energía provenientes del Sol y produciendo un débil halo de rayos X.

Los astrónomos a cargo del ROSAT decidieron echar un vistazo al Hyakutake y quedaron sorprendidos con lo que vieron. Las imágenes del ROSAT revelaron emisión de rayos X en una región en forma de luna creciente alrededor del cometa, solo que ¡era mil veces mas intensa de lo que se esperaba!

"Fue un momento emocionante cuando los rayos X del cometa aparecieron en nuestra pantalla de la estación terrestre del ROSETA", escribió el Dr. Konrad Dennerl del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, y miembro del equipo ROSAT en 1996.

"No esperábamos realmente que los cometas emitiesen en rayos X", escribió otro miembro del equipo, el Dr. Michael J. Mumma del Centro Goddard de vuelos Espaciales de la NASA hace 4 años. "Ahora tendremos que detener nuestro trabajo para explicar estos datos, pero éste es el tipo de problemas que nos encanta enfrentar".

Izquierda: La longitud de onda de la radiación (luz) producida por un objeto esta usualmente relacionada con su temperatura. El cuerpo humano es lo suficientemente caliente (unos 36 grados Celsius) como para generar radiación infrarroja, pero en cambio, se necesitan temperaturas realmente altas (millones de grados Celsius) para producir rayos X. Siendo así, ¿como podrían los rayos X provenir de un cometa frío? Nota: Grados Kelvin (K) = grados Celsius (C) + 273. [Crédito:Harvard's Field Guide to X-ray Astronomy.]

Este problema --el enigma de los intensos rayos X en cometas-- permanecería sin ser resuelto por cuatro años más. Mientras tanto, los satélites ROSAT, EUVE y BeppoSAX detectaron rayos X y luz ultravioleta en más de una docena de cometas, incluido el Hale-Bopp. Pero no fue sino hasta el mes pasado, cuando Chandra observó el cometa LINEAR, que finalmente se encontró la respuesta a este problema.

Uno de los instrumentos del Chandra es el ACIS, un detector avanzado tipo CCD para imágenes y espectroscopia, capaz de detectar selectivamente emisiones de rayos X provenientes de determinados átomos. Las observaciones del cometa LINEAR hechas con ACIS, revelaron una poderosa señal de rayos X proveniente de átomos de Oxigeno y Nitrógeno que habían perdido la mayoría de sus electrones, como el ion O+6. Es fácil remover uno o dos electrones de un átomo como el de Oxigeno, pero despojarlo de 6 electrones es algo muy difícil de lograr. Esto solo puede suceder en un ambiente de alta energía donde colisiones violentas o fuertes radiaciones puedan desmantelar los átomos. Iones fuertemente cargados no son producidos por la relativamente suave evaporación de los hielos cometarios, pero son comunes cerca del núcleo del Sol y en su atmósfera súper caliente: la Corona Solar.

Los científicos creen que los iones detectados por el Chandra alrededor del Cometa LINEAR fueron transportados desde la Corona del Sol por los veloces vientos solares. 

El viento solar, capaz de doblegar a la magnetosfera terrestre (creando en ocasiones espectaculares auroras) y que empuja en contra de las colas de los cometas, es realmente parte de la Corona Solar. Con una temperatura de 1 millón de grados Celsius, la corona es tan caliente, que la atracción gravitacional simplemente no la puede retener. Las capas superiores de la corona escapan la atracción gravitacional del Sol y se dispersan en todas direcciones, a velocidades entre 400 y 800 km/s. Iones cargados positivamente como el O+6, constituyen alrededor del uno por ciento de los componentes de este viento solar.

Derecha: El viento Solar escapa del sol en todas direcciones. Se mueve a velocidad máxima sobre los llamados hoyos coronales (que usualmente se encuentran cerca de los polos solares) y mas lentamente cerca de las fuentes coronales. [más información]

Cuando los iones provenientes del Sol pasan cerca de un cometa, su fuerte carga positiva atrae a los electrones de carga negativa que se encuentran en los átomos y moléculas de los gases cometarios alrededor del núcleo. En efecto, los iones tratan de neutralizar su propia carga desbalanceada substrayendo electrones del cometa. Aquellos electrones que escapan de los átomos neutros hacia el viento solar emiten rayos X, al decaer en cascada desde órbitas atómicas de alta energía a otras de menor energía dentro del átomo. Este proceso, llamado "reacción de intercambio de carga" fue propuesto por primera vez en 1997 como una posible explicación de la existencia de los rayos X en cometas. [ref].

Una señal evidente del intercambio de carga son los rayos X emitidos en longitudes de onda específicas, correspondientes a los niveles de energía de estos iones. Eso es exactamente lo que el detector ACIS del Chandra detectó en los rayos X del cometa LINEAR --líneas espectrales de iones de oxígeno y nitrógeno presentes en el viento solar.

Arriba: Poco después de que los astrónomos descubrieran rayos X emitidos por el cometa Hyakutake, un grupo de científicos de la Universidad de Michigan sugirió que las reacciones de intercambio de carga entre el viento solar y los gases cometarios eran una posible explicación. Ellos predijeron algunas de las líneas espectrales que el intercambio de carga produciría (señaladas arriba), pero fue imposible comprobar esta teoría hasta el mes pasado, cuando el Chandra observo el cometa LINEAR con su espectrómetro de rayos X de alta resolución. [más información, en inglés].

"Esta observación resuelve un misterio. Demuestra cómo los cometas producen rayos X", dijo el Dr. Carey Lisse del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en una reciente conferencia de prensa. "Con un instrumento como Chandra, podemos ahora estudiar la química del viento solar y observar el brillo en rayos X proveniente de las atmósferas de los cometas, así como de las de planetas como Venus. Podría ser posible inclusive, detectar (de esta manera) otros sistemas solares cercanos".

¿Quien hubiera pensado que podríamos aprender tanto sólo con observar un pedazo de hielo con un telescopio de rayos X? ¡Después de todo, los cometas son realmente sensacionales!

Mantengase en contacto con Science@NASA para tener más noticias de la extraña odisea del Cometa LINEAR.

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA está a cargo del programa Chandra. TRW Inc., en Redondo Beach, CA, y es el contratista principal del este telescopio espacial. El Centro Smithsoniano de Rayos X del Chandra controla los programas científicos y las maniobras orbitales desde Cambridge, MA, EEUU.

Web Links (en inglés)

Página principal de Chandra - del Centro Harvard Smithsonian para Astrofísica

Sala de clases Chandra - del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de NASA

Science@NASA reportajes del Observatorio de Rayos X Chandra 

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