34 Fondo de rayos X

Los rayos X son precursores de la física extrema, y los telescopios de rayos X que funcionan desde el espacio nos muestran regiones violentas, donde reinan agujeros negros o donde el gas alcanza temperaturas de millones de grados en cúmulos galácticos. Todos estos objetos unidos crean un tenue resplandor de rayos X en el cielo, llamado fondo de rayos X.

Los avances en astronomía a menudo se consiguen al abrir nuevas ventanas en el universo. Galileo lo hizo mirando por un telescopio y los radioastrónomos descubrieron nuevos fenómenos, incluidos los agujeros negros, usando receptores de radio para recoger las señales del cosmos. En el otro extremo del espectro electromagnético se encuentran los rayos X. Siglos después del nacimiento de la astronomía, nació la astronomía de rayos X. Los rayos X se generan en regiones cósmicas extremas, que sean muy calientes o impregnadas de campos magnéticos. Éstos incluyen muchos objetos de interés astronómico, desde cúmulos galácticos a estrellas de neutrones. Y no obstante, como transportan tanta energía en cada fotón, resulta difícil captar los rayos X con un telescopio. Como sabemos por su uso médico en chequeos, los rayos X atraviesan la mayoría de los tejidos blandos de nuestro cuerpo. Si se disparan contra un espejo, no se reflejan, sino que se incrustan, como una bala disparada contra una pared. Por tanto, los telescopios de reflexión no sirven para estudiar los rayos X. Del mismo modo, las lentes fabricadas con cristal no funcionarán. El modo de controlar los rayos X es hacerlos rebotar contra un espejo en un ángulo cerrado, como un arañazo (saldrán despedidos como una pelota de ping pong y podrán observarse). Los rayos X pueden atraparse usando una serie de espejos curvados especiales deflectantes, a menudo con un recubrimiento de oro, para maximizar su reflectividad.

Rayos X cósmicos Los rayos X del espacio también son absorbidos por nuestra atmósfera. Por tanto, los astrónomos tuvieron que esperar a la era de los satélites para poder ver el universo de rayos X. En 1962, un astrónomo italoamericano llamado Riccardo Giacconi y su equipo lanzaron un detector al espacio y vio la primera fuente de rayos X aparte del Sol, llamado Scorpius X-1, que es una estrella de neutrones. Un año más tarde lanzaron el primer telescopio de imagen por rayos X (que casualmente tenía un tamaño similar al telescopio de Galileo en 1610). Los astrónomos hicieron observaciones vastas de manchas solares y tomaron imágenes de la Luna en rayos X.

La imagen de la Luna demostró algo sorprendente. La Luna estaba en parte iluminada, ya que aparecía oscura por un lado y brillante por el otro, como podría esperarse de su fase y de la luz solar que se reflejaba en su superficie. Pero el cielo que estaba detrás de ella no era oscuro: también resplandecía. Cazar los rayos X es tan difícil que estas imágenes se forman mediante fotones individuales: el fondo del cielo demostró más fotones que el lado oscuro de la Luna, que lo oscurecía. Giacconi había descubierto el fondo de rayos X.

Fondo de rayos X Aunque ambos surgen a distancias cósmicas, el fondo de rayos X es diferente del fondo de microondas. El primero proviene principalmente de muchas estrellas individuales y galaxias, que se mezclan, del mismo modo que la Vía Láctea está compuesta de muchas estrellas aunque parezca una banda difusa al ojo desnudo. El fondo de microondas cósmico, por otro lado, se debe a la radiación fósil del Big Bang que impregna el espacio, y no se asocia con ninguna galaxia particular.

La investigación para averiguar el origen de estos rayos X cósmicos requirió décadas de estudio y varias misiones más. Las mediciones más recientes proceden del observatorio Chandra de la NASA, que tiene una capacidad de visión lo suficientemente aguda para diseccionar el fondo de rayos X. Los astrónomos han descubierto por ahora más del 80 por 100 de las fuentes que se combinan para producir el fondo de rayos X; sospechan que el resto debe producirse de manera similar, pero no pueden identificar esos objetos. Cuarenta años después de los logros pioneros de Giacconi, se han detectado más de 100.000 fuentes de rayos X, la más lejana de las cuales está a 13.000 millones de años luz de la Tierra.

Física extrema Hay una amplia gama de objetos astronómicos que emiten rayos X. Los rayos X se producen en gases que están a una temperatura de millones de grados, lo que ocurre en regiones con campos magnéticos altos, una gravedad extrema o en explosiones. Entre los objetos más grandes, encontramos cúmulos galácticos: el gas caliente que los impregna se extiende a lo largo de una región de millones de años luz y puede contener suficiente materia para que se formen cientos de billones de estrellas. Los agujeros negros emiten rayos X: los cuásares y las galaxias activas son fuentes muy luminosas y puede seguirse su rastro a lo largo del universo. De hecho, la presencia de una fuente de rayos X puntual en el centro de la galaxia es un indicio de que hay un agujero negro. Gracias al satélite Chandra, los astrónomos han añadido imágenes de rayos X a los catálogos de galaxias realizados en distintas longitudes de onda. Así ha ocurrido, por ejemplo, con el Campo Profundo de Hubble y con ciertas partes de otros catálogos del cielo. Aplicando los parámetros de los rayos X, se han podido rastrear las cifras de agujeros negros del universo a lo largo de miles de millones de años. Dichos estudios sugieren que las galaxias con agujeros negros dotados de disco de acreción eran comunes en el pasado y que la actividad de los agujeros negros ha decaído desde su momento de apogeo. Este patrón, unido al hecho de que las estrellas se formaron más rápidamente en el pasado, puede significar que las colisiones de galaxias eran frecuentes en el universo temprano.

Algunos tipos de estrellas también brillan en rayos X. Las explosiones de estrellas y las supernovas desprenden emisiones energéticas, como ocurre con las estrellas colapsadas, que son destruidas por su propia gravedad cuando su núcleo ardiente decae a formas muy densas, como las estrellas de neutrones y las enanas. En un caso extremo, una estrella puede colapsar directamente en un agujero negro, pues se han detectado rayos X a tan sólo 90 km del horizonte de sucesos de un agujero negro estelar.

Como las estrellas jóvenes están más calientes, tienen unos rayos X más potentes que nuestro Sol. Pero las capas exteriores del Sol también desprenden rayos X, así ocurre especialmente con su corona, que está muy caliente y donde hay fuertes campos magnéticos. Las imágenes de rayos X son útiles para observar las turbulencias y el brillo de las estrellas, y nos permiten observar los cambios en ese comportamiento conforme las estrellas se hacen mayores. La mayoría de fuentes de rayos X de nuestra galaxia son sistemas binarios cerrados, parejas de estrellas, y como mínimo, una de ellas es una estrella colapsada, si no lo son ambas. La estrella compacta a menudo absorbe el gas de la otra estrella, lo que los convierte en sistemas muy activos.

La idea en síntesis: una ventana a un universo violento