El telescopio MAGIC y los microcuásares

Los microcuásares en astrofísica son sistemas binarios formados por una estrella y un objeto compacto (estrella de neutrones o agujero negro). Según si la estrella es poco o muy masiva (<10 M_Sol o >10 M_Sol, donde M_Sol es la masa del Sol, del orden de 2×10³⁰ kg) estaríamos hablando de las LMXB (Low Mass X-Ray Binaries) o de las HMXB (High Mass X-Ray Binaries), respectivamente. Pero diciendo esto todavia no estamos en condiciones de definir este concepto de «microcuásar», puesto que para que el sistema lo sea ha de poseer chorros de materia (jets) saliendo del objeto compacto en la dirección perpendicular al disco de acreción de materia en torno a él. Estos chorros de materia están constituidos por partículas (protones, electrones) que se mueven a velocidades próximas a la de la luz. Son partículas que provienen de las regiones más cercanas al interior del disco de acreción, que se mueven a velocidades muy elevadas, llegando incluso a periodos de rotación de milésimas de segundo.

Etimológicamente, la palabra «microcuásar» proviene de otro concepto astrofísico, «cuasar» (quasi-stellar-object o QSO en inglés), que se refiere al mismo concepto de chorros de partículas pero a escalas mucho mayores. En este último caso el análogo a objeto compacto seria un agujero negro supermasivo, constituido por millones de masas solares, situado en el centro de la galaxia hospedante. Estos objetos son los más luminosos del Universo y son visibles incluso a edades muy tempranas de éste.

Los microcuásares, como su propio nombre indica, son pequeños cuásares, pero precisamente por esto, y por estar situados en nuestra propia galaxia, son casi tan interesantes como los QSO. Al estar situados tan cerca podemos observar incluso a los mas débiles (solo hace falta construir los telescopios adecuados) y, además, la escala de tiempo en la que se producen los diferentes fenómenos es un millón de veces mas rápida que en el caso de los QSO (simplemente porque las distancias en el sistema son mucho mas pequeñas en el caso de los microcuásares).

Una representación artística de un microcuásar: a la izquierda una estrella sufre la atracción gravitatoria del objeto compacto (agujero negro o estrella de neutrones) y el gas que la forma pasa a un disco de acreción. En la dirección perpendicular al disco se pueden apreciar los chorros de partículas relativistas.

Tenemos pues, que los microcuásares involucran procesos de muy alta energía. Tanto en las zonas más internas del disco, como en la corona que rodea a éste y en el mismo chorro de materia se producen interacciones entre partículas (y también entre fotones y partículas) que, por la ley de Einstein de conservación de la masa/energia (E=mc²), dan lugar a fotones de muy alta energia (E > 500 keV). 

MAGIC es un telescopio europeo situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma dedicado a la observacion de rayos gamma de muy alta energía , esto es >200 GeV, llegando incluso a los TeV y es precisamente este rango de energía donde se produce una ventana de observación aqui en tierra (por lo que no es necesario enviar telescopios espaciales en este rango).

El telescopio MAGIC en la isla de La Palma. Los telescopios que detectan rayos gamma en observatorios terrestres realmente lo que observan es luz óptica que se produce en la alta atmósfera cuando los rayos gamma procedentes del objeto astronómico interaccionan con las partículas atmosféricas. Si éstas se mueven a velocidades mayores que la de la luz en ese medio, emiten una radiación conocida como «radiación Cherenkov» que es la que detectan estos telescopios.

El microcuásar LS I +61 303 es un sistema binario de tipo HMXB en el que el objeto compacto muy probablemente es una estrella de neutrones y la estrella acompañante es una de tipo espectral B0 con un disco circunestelar  a su alrededor (a este tipo de estrellas se las llama Be en astrofisica). Estas estrellas suelen ser muy masivas, tanto, que el objeto compacto (que normalmente no supera nunca las 10 M_Sol) gira en torno a ella. Esto no impide que se forme un disco de acreción en torno al objeto compacto, debido al propio viento estelar de la estrella, que es muy elevado en estrellas de alta masa y a la potente acción gravitatoria del objeto compacto. La órbita del objeto compacto en torno a esta estrella es elíptica en este caso y ha sido justo este factor el que ha hecho posible su detección con el telescopio de alta energia MAGIC. La identificación de objetos detectados en altas energías (que poseen un error en las coordenadas de varios grados en algunos casos) con objetos conocidos anteriormente por su detección en otros rangos de energía es una tarea difícil, cuando no poco menos que casi imposible. Pero, esta vez, la detección ha sido posible justo por la elipticidad de la órbita del sistema ya que, en el periastro (punto de la órbita en el que ambas componentes del sistema estan más cercanas) la emisión en altas energías fue más elevada y esto era lo que ya se había detectado anteriormente en la emisión radio de este objeto astrofísico.

Tenemos pues que este descubrimiento abre muchas puertas en el estudio de los microcuásares (estos aceleradores de partículas a escalas de tamaño del Sistema Solar) y de los QSO en cierta medida. Sin duda, comienza el trabajo de colaboración entre físicos de partículas y astrónomos como no habia sucedido nunca antes en la historia de la física moderna.

POSTDATA (DByN).- Video NASA/Chandra:
 Simulación de un agujero negro con una estrella que llena el lóbulo de Roche