Integral: diez años rastreando la radiación extrema en todo el universo

Leyenda: Impresión artística del observatorio de rayos gamma Integral de la ESA. Crédito de la imagen: ESA

Integral, el Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma de la ESA, se inauguró hace diez años esta semana. Este es un buen momento para recordar algunos de los aspectos más destacados de la primera década de la misión y avanzar hacia su futuro, para estudiar los detalles del observatorio de rayos gamma más sensible, preciso y avanzado jamás lanzado. Pero la misión también ha tenido algunas investigaciones recientes emocionantes de un remanente de supernova.

Integral es una misión verdaderamente internacional con la participación de todos los estados miembros de la ESA y Estados Unidos, Rusia, República Checa y Polonia. Se lanzó desde Baikonur, Kazajstán, el 17 de octubre de 2002. Fue el primer observatorio espacial en observar simultáneamente objetos en rayos gamma, rayos X y luz visible. Los rayos gamma del espacio solo se pueden detectar por encima de la atmósfera de la Tierra, por lo que Integral gira alrededor de la Tierra en una órbita altamente elíptica una vez cada tres días, pasando la mayor parte del tiempo a una altitud de más de 60 000 kilómetros, muy lejos de los cinturones de radiación de la Tierra, para evitar la interferencia de efectos de la radiación de fondo. Puede detectar radiación de eventos lejanos y de los procesos que dan forma al Universo. Sus objetivos principales son los estallidos de rayos gamma, las explosiones de supernovas y las regiones del Universo que se cree que contienen agujeros negros.

5 metros de altura y más de 4 toneladas de peso Integral consta de dos partes principales. El módulo de servicio es la parte inferior del satélite que contiene todos los subsistemas de la nave espacial necesarios para respaldar la misión: los sistemas satelitales, incluida la generación de energía solar, el acondicionamiento y control de energía, el manejo de datos, las telecomunicaciones y el control térmico, de actitud y de órbita. El módulo de carga útil está montado en el módulo de servicio y lleva los instrumentos científicos. Pesa 2 toneladas, lo que lo convierte en el más pesado jamás puesto en órbita por la ESA, debido a la gran área de los detectores necesaria para capturar rayos gamma dispersos y penetrantes y proteger los detectores de la radiación de fondo para hacerlos sensibles. Hay dos instrumentos principales que detectan los rayos gamma. Un generador de imágenes que produce algunas de las imágenes de rayos gamma más nítidas y un espectrómetro que mide las energías de los rayos gamma con mucha precisión. Otros dos instrumentos, un monitor de rayos X y una cámara óptica, ayudan a identificar las fuentes de rayos gamma.

Durante su misión extendida de diez años, Integral ha cartografiado con gran detalle la región central de nuestra Vía Láctea, la protuberancia galáctica, rica en fuentes variables de rayos X y rayos gamma de alta energía. La nave espacial ha cartografiado, por primera vez, todo el cielo a la energía específica producida por la aniquilación de electrones con sus antipartículas de positrones. Según la emisión de rayos gamma vista por Integral, unos 15 billones de billones de billones de billones de pares de electrones y positrones se aniquilan cada segundo cerca del Centro Galáctico, es decir, más de seis mil veces la luminosidad de nuestro Sol.

Un binario de agujero negro, Cygnus X-1, se encuentra actualmente en el proceso de romper en pedazos una estrella compañera y atiborrarse de su gas. Al estudiar esta materia extremadamente caliente solo un milisegundo antes de que se sumerja en las fauces del agujero negro, Integral descubrió que parte de ella podría estar escapando a lo largo de líneas de campo magnético estructurado. Al estudiar la alineación de las ondas de radiación de alta energía que se originan en la Nebulosa del Cangrejo, Integral descubrió que la radiación está fuertemente alineada con el eje de rotación del púlsar. Esto implica que una fracción significativa de las partículas que generan la intensa radiación debe provenir de una estructura extremadamente organizada muy cerca del púlsar, quizás incluso directamente de los poderosos chorros que emanan del núcleo estelar giratorio.

Hoy mismo, la ESA informó que Integral ha realizado la primera detección directa de titanio radiactivo asociado con el remanente de supernova 1987A. La supernova 1987A, ubicada en la Gran Nube de Magallanes, estuvo lo suficientemente cerca para ser vista a simple vista en febrero de 1987, cuando su luz llegó por primera vez a la Tierra. Las supernovas pueden brillar tanto como las galaxias enteras durante un breve período de tiempo debido a la enorme cantidad de energía liberada en la explosión, pero una vez que el destello inicial se ha desvanecido, la luminosidad total proviene de la descomposición natural de los elementos radiactivos producidos en la explosión. La desintegración radiactiva podría haber estado alimentando el remanente brillante alrededor de Supernova 1987A durante los últimos 20 años.

Durante el pico de la explosión se detectaron elementos desde oxígeno hasta calcio, que representan las capas exteriores de los eyectados. Poco después, se pudieron ver las firmas del material de las capas internas en la descomposición radiactiva del níquel-56 a cobalto-56 y su posterior descomposición a hierro-56. Ahora, después de más de 1000 horas de observación por parte de Integral, se han detectado por primera vez rayos X de alta energía del titanio-44 radiactivo en el remanente de supernova 1987A. Se estima que la masa total de titanio-44 producida justo después del colapso del núcleo de la estrella progenitora de SN1987A ascendió al 0,03% de la masa de nuestro propio Sol. Esto está cerca del límite superior de las predicciones teóricas y casi el doble de la cantidad observada en el remanente de supernova Cas A, el único otro remanente donde se ha detectado titanio-44. Se cree que tanto Cas A como SN1987A pueden ser casos excepcionales.

Christoph Winkler, científico del Proyecto Integral de la ESA, dice: «La ciencia futura con Integral podría incluir la caracterización de la radiación de alta energía de una explosión de supernova dentro de nuestra Vía Láctea, un evento que se espera desde hace mucho tiempo».

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y sobre el estudio de Integral de Supernova 1987A aquí