El mayor catálogo de rayos X del universo revela casi dos millones de agujeros negros activos

Los astrónomos identificaron casi dos millones de agujeros negros activos y otras fuentes de alta energía gracias al telescopio de rayos X eROSITA, lo que duplica la cantidad de objetos conocidos y transforma la comprensión de los procesos más extremos del universo.

Este avance, impulsado por la segunda muestra pública de datos del telescopio, marca un hito en la exploración del cosmos y abre nuevas oportunidades para investigar la evolución galáctica, el crecimiento de los agujeros negros y la estructura a gran escala del espacio.

El catálogo, denominado DR2, fue presentado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) y contiene casi dos millones de fuentes emisoras de rayos X, incluyendo una abrumadora mayoría de agujeros negros supermasivos activos, así como cúmulos de galaxias, estrellas en explosión y otros fenómenos de alta energía.

Según informó el MPE en su comunicado, se trata del “mejor inventario del cielo de rayos X que tenemos hasta la fecha”, en palabras de Miriam E. Ramos-Ceja, gerente del segmento terrestre de eROSITA y autora principal de la publicación DR2.

Los datos de DR2 integran observaciones tomadas durante los tres primeros escaneos completos del cielo realizados por eROSITA a lo largo de 556 días, lo que permitió identificar fuentes de rayos X cada vez más débiles que antes pasaban inadvertidas.

De acuerdo con el Instituto Max Planck, más de 1,9 millones de registros corresponden a fuentes puntuales, la mayoría agujeros negros supermasivos activos en los centros de galaxias distantes y estrellas de la Vía Láctea. “DR2 es el mejor inventario del cielo de rayos X que tenemos hasta la fecha y abre la puerta a estudios estadísticos sólidos de poblaciones cósmicas”, explicó Ramos-Ceja en el comunicado difundido por el instituto.

El telescopio eROSITA (Extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array) forma parte del observatorio ruso-alemán Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG), que fue lanzado al espacio en julio de 2019 desde Baikonur y ubicado en una órbita de halo alrededor del punto L2.

Fue desarrollado bajo la dirección del MPE en Alemania y está equipado con siete módulos de espejos Wolter-1 idénticos, dotados de 54 capas de espejos anidadas para alcanzar la sensibilidad necesaria. La misión utiliza tecnología pn-CCD, heredada del telescopio XMM-Newton, para obtener imágenes profundas y nítidas en el rango de energía de 0,2 a 8 keV.

El objetivo científico central de eROSITA consiste en detectar muestras extensas de cúmulos de galaxias y núcleos galácticos activos para investigar la estructura a gran escala del universo y probar modelos cosmológicos vinculados a la energía oscura.

El DR2 representa un salto cualitativo porque permite a los astrónomos estudiar objetos energéticos bajo condiciones homogéneas y comparar diferentes clases de fuentes en una escala sin precedentes. Más del 88% de las fuentes con contrapartes ópticas e infrarrojas identificadas por eROSITA corresponden a galaxias distantes con agujeros negros supermasivos en constante actividad.

El catálogo DR2 no solo agrupa agujeros negros, sino también cerca de 64.000 fuentes extendidas, como cúmulos de galaxias masivos, galaxias cercanas y remanentes brillantes de supernovas.

Estos cúmulos trazan las estructuras más grandes del universo y constituyen herramientas fundamentales para analizar la influencia de la materia oscura y la energía oscura en la evolución cósmica.

La capacidad de eROSITA para detectar rayos X provenientes de estos entornos permite observar cómo el material se calienta a millones de grados al caer hacia un agujero negro o cómo los depósitos de gas caliente llenan los cúmulos de galaxias.

El observatorio SRG/eROSITA realiza un mapeo completo del cielo cada seis meses desde diciembre de 2019, con la meta de producir ocho mapas hasta diciembre de 2023.

Durante el periodo de calibración y verificación, entre septiembre y diciembre de 2019, el telescopio ajustó sus sistemas y comenzó a recopilar información que ahora forma parte del catálogo DR2. Este enfoque sistemático y repetido ha permitido captar variaciones en las fuentes de rayos X a diferentes escalas de tiempo, desde segundos hasta años.

Una de las novedades principales del DR2 radica en la profundidad y uniformidad de sus datos, lo que facilita el estudio de tendencias evolutivas y la comparación entre poblaciones cósmicas.

Los astrónomos ahora pueden analizar cómo crecieron los agujeros negros supermasivos a lo largo de miles de millones de años, cartografiar la distribución de cúmulos de galaxias y buscar objetos raros o inusuales que antes habrían quedado ocultos.

“La detección de rayos X es solo el primer paso”, afirmó Mara Salvato, portavoz de eROSITA y presidenta del grupo de seguimiento, en declaraciones recogidas por el MPE.

“Al vincular las fuentes de rayos X con sus contrapartes en otras longitudes de onda, podemos determinar qué son estos objetos, dónde se ubican en la escala de distancias cósmicas y construir muestras nítidas y bien definidas a una escala sin precedentes”.

El desarrollo de eROSITA y la gestión de datos han estado a cargo del consorcio alemán eROSITA-DE, que brinda acceso a la estrategia de escaneo, los datos publicados y el software para su análisis. El telescopio utiliza una técnica de escaneo sensible a variabilidades que van desde decenas de segundos hasta varios años, lo que permite estudiar tanto fenómenos transitorios como procesos evolutivos de larga duración.

Entre los fenómenos astrofísicos abordados por eROSITA figuran los sistemas binarios de acreción, estrellas activas, emisión difusa dentro de la galaxia y cuerpos del sistema solar que emiten rayos X por intercambio de carga.

El DR2 ofrece una base de datos robusta para estudios estadísticos y comparativos, ya que proporciona información homogénea sobre casi dos millones de fuentes observadas bajo las mismas condiciones.

Este nivel de uniformidad es clave para analizar el desarrollo histórico de los agujeros negros supermasivos, la formación de estructuras cósmicas y la evolución de galaxias. De acuerdo con el MPE, la publicación incluye también contrapartes ópticas e infrarrojas para muchas fuentes, permitiendo distinguir entre estrellas cercanas, galaxias distantes y otros fenómenos de alta energía.

A pesar de que eROSITA detuvo la recopilación de observaciones científicas a principios de 2022, la misión llegó a completar suficientes escaneos del cielo como para garantizar futuras publicaciones de datos. El MPE anunció que la próxima publicación, denominada DR3, está prevista para 2028 y se espera que amplíe aún más el inventario de objetos energéticos del universo.

El uso de rayos X en la astronomía ha revolucionado el conocimiento sobre los ambientes más extremos del universo. El material que cae en espiral hacia un agujero negro alcanza temperaturas de millones de grados y emite rayos X antes de cruzar el horizonte de sucesos. Las estrellas de neutrones, los remanentes de supernovas y los cúmulos de galaxias también figuran entre los entornos más energéticos y misteriosos, a los que solo se puede acceder mediante telescopios como eROSITA.

El diseño de eROSITA, con sus siete módulos de espejos y tecnología avanzada de detección, permite captar señales débiles y mapear regiones extensas del cielo con alta resolución. Sus observaciones han propiciado el descubrimiento de fenómenos astrofísicos raros y la identificación de nuevas clases de objetos, lo que enriquece la comprensión de la diversidad del universo.

La publicación DR2 representa un avance en la capacidad de los astrónomos para realizar estudios estadísticos sólidos y comparar diferentes poblaciones cósmicas.

El acceso abierto a los datos y la integración de múltiples longitudes de onda amplían el potencial de la comunidad científica para buscar tendencias, identificar objetos singulares y construir una imagen más completa de la dinámica cósmica.

El legado de eROSITA continuará a través de futuros análisis y publicaciones, con la expectativa de que el DR3 y los mapas celestes previstos hasta 2023 sigan expandiendo la frontera del conocimiento. Mientras tanto, el DR2 se consolida como el inventario más amplio y detallado de fuentes de rayos X, duplicando el panorama conocido y permitiendo que los astrónomos exploren la evolución del universo de alta energía con una precisión sin precedentes.