Algo más sobre Agujeros Negros

El centro de nuestra galaxia podría contener miles de agujeros negros.

Un nuevo estudio ha descubierto una docena de agujeros negros de masa estelar dentro de 3 años luz del agujero negro supermasivo en el núcleo de nuestra galaxia, y estos podrían ser solo la punta del iceberg.

La representación de este artista muestra el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia rodeado de polvo, gas y 12 agujeros negros de masa estelar. El recuadro muestra que cada agujero negro está emparejado con una estrella ordinaria. Un chorrito de gas de la estrella alimenta el agujero negro a través de un disco de acreción, que emite un brillo de rayos X. Universidad de Colombia.

Hace tiempo que sabemos que un agujero negro supermasivo con más de 4 millones de veces la masa del Sol acecha en nuestro centro galáctico. Ahora, un estudio publicado en Nature Astronomy el 5 de abril argumenta que el gigante no está solo. Potencialmente, unos 10.000 agujeros negros de masa estelar podrían estar haciendole compañía. La población de agujeros negros, si es real, coincidiría con las predicciones teóricas de que muchas cosas masivas deberían terminar en el centro de nuestra galaxia.

De hecho, el núcleo de la Vía Láctea ya es un lugar abarrotado: más de 30 magnitudes de polvo y gas bloquean nuestra vista en luz visible. La única forma de mirar el núcleo envuelto de nuestra galaxia es ir muy bajo (observaciones de radio) o muy alto (rayos X o rayos gamma). Charles Hailey (Columbia University) y sus colegas decidieron ir a lo más alto, basando sus resultados en observaciones de 12 días que el Observatorio de rayos X Chandra recolectó en los últimos 12 años.

El equipo analizó 92 fuentes que permanecen sin resolver en longitudes de onda de rayos X, por lo que se ven como puntos de luz; 26 de estos se encuentran a 3 años luz del agujero negro supermasivo. Para cada una de estas fuentes, Chandra capturó al menos 100 fotones durante los 12 días de observaciones. (Si eso no parece mucho, es porque no lo es, ¡estas son fuentes muy débiles!)

Luego, los astrónomos observaron cuánta radiación emiten estas fuentes a diferentes energías: es un poco como poner luz a través de un prisma para ver un arcoiris, pero el arcoíris en este caso está en longitudes de onda de rayos X. Y, sorprendentemente, los astrónomos encontraron que 12 de las 26 fuentes más cercanas al agujero negro supermasivo tienden a tener arco iris de rayos X "más azules", es decir, son relativamente más brillantes a energías de rayos X más altas.

La mayoría de los emisores de rayos X en el centro de nuestra galaxia son enanas blancas que extraen el gas de compañeros estelares comunes, irradiando arco iris de rayos X "más rojizos" en el proceso (con más energía emitida a energías de rayos X más bajas). Pero las nuevas fuentes de rayos X "azules" parecen ser binarias con algo más masivo -tanto las estrellas de neutrones como los agujeros negros- que se hace visible por el goteo del gas que emite rayos X que las alimenta.

Una imagen de rayos X de Chandra del centro galáctico está superpuesta con círculos alrededor de fuentes de rayos X no resueltas. Los círculos rojos indican binarios enanos blancos, que normalmente emiten más rayos X de baja energía, mientras que los círculos cian indican posibles binarios de agujeros negros, que emiten relativamente más rayos X de alta energía. El círculo amarillo y verde representa una región entre 0,7 y 3 años luz del agujero negro. C. Hailey et al. / Naturaleza.

Hailey y sus colegas sostienen que las fuentes no exhiben los estallidos característicos de los binarios de las estrellas de neutrones, por lo que es más probable que sean agujeros negros. El monitoreo a largo plazo del centro galáctico ha encontrado casi todos los binarios de estrellas de neutrones por sus arrebatos, así que deben ser los binarios de agujero negro los que permanecen, orbitando silenciosamente a sus compañeros estelares y alimentándose del suficiente gas que emiten rayos X que podamos (apenas) los veo.

Si ese es el caso, entonces estos agujeros negros binarios serían la punta de un iceberg. Podrían existir muchos más agujeros negros aislados en el centro galáctico, y no los veríamos en absoluto. Cuántos dependen de cómo se originaron estos agujeros negros, una cuestión muy debatida. Si se formaron justo donde están, entonces podría haber 10.000, ¡tal vez incluso más! - agujeros negros en el núcleo de la galaxia.

Lo que quizás sea más sorprendente es que estas fuentes de rayos X no son nuevas; todos están en el catálogo de fuentes descubiertas por Chandra. "En cierto sentido, los binarios del agujero negro se escondían a simple vista", dice Hailey, "pero eliminar las fuentes más prosaicas y lidiar con el fondo de emisión de rayos X requiere mucho tiempo y energía, y las perspectivas de éxito no estaban claros . Era un misterio tan convincente que era demasiado tentador para nosotros resistir ".

¿Tal vez menos?

Pero, y este es un gran pero, podría ser que no todas estas fuentes son agujeros negros. Además, es posible que no se hayan formado en sus órbitas actuales. Los astrónomos han estado buscando estrellas de neutrones de rotación rápida conocidas como púlsares de milisegundos en el centro galáctico, que se cree que fueron capturados de cúmulos de estrellas globulares que pasan por el centro galáctico.

Una de las razones por las que encontrar estos púlsares es tan importante es que podrían ser los culpables de la cantidad extrañamente grande de rayos gamma que el telescopio Fermi ha observado irradiando desde el centro galáctico. Mientras que algunos astrónomos han sugerido que la señal podría ser la firma largamente esperada de partículas de materia oscura, los púlsares de milisegundos presentan una opción menos exótica (léase: más aceptada).

"Esa potencial detección de materia oscura ha llevado a la gente a realizar búsquedas de púlsares en milisegundos realmente ambiciosas", dice Daryl Haggard (Universidad McGill). "Pero no han dado nada hasta ahora." No está claro si eso se debe a que no están allí, o simplemente son difíciles de encontrar: sondear el centro galáctico en longitudes de onda de radio es como buscar minnows en un entorno turbulento y turbio río; remolinos de plasma a menudo oscurecen la vista.

Hailey y su equipo reconocen que hasta la mitad de sus fuentes de rayos X nuevos y azules podrían ser los púlsares de milisegundo buscados. Eso significaría que habría menos agujeros negros aislados, tal vez solo varios cientos en lugar de miles. Aún así, eso sigue siendo un montón de remanentes estelares masivos que se esconden en el centro de nuestra galaxia.

"En cualquier caso, sigue siendo interesante", dice Haggard, y agrega que los estudios de radio futuros podrían ayudar a distinguir entre los agujeros negros y las estrellas de neutrones. Entonces podemos comenzar a abordar la cuestión de cómo llegaron estos objetos en primer lugar.

En caso de que se pregunte: No, estos agujeros negros no son la materia oscura que hemos estado buscando. La cantidad de materia oscura en el núcleo de la galaxia sería bastante pequeña, la mayor parte se extiende más allá del disco en forma de espiral de la Vía Láctea. Además, dado que los agujeros negros solían ser estrellas, en algún momento habrían estado formados por partículas bariónicas normales, y tenemos buena evidencia de que la materia oscura, sea lo que sea, no es bariónica (Los bariones  son una familia de partículas subatómicas formadas por tres quarks)

En física de partículas, los cuarks​ o quarks​ son los fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y ciertos tipos de partículas llamadas hadrones.

Un neutrón, compuesto por dos quark abajo (d) y un quark arriba (u). (El color asignado a cada cuark no es importante, sólo lo es el que estén presentes los tres colores.)

Ejemplo de partículas subatómicas: Esquema para un átomo de helio, mostrando dos protones (en rojo), dos neutrones (en verde) y dos electrones (en amarillo).

Los astrónomos se acercan a los chorros de un agujero negro supermasivo.

Un telescopio más grande que nuestro planeta revela detalles diminutos en el centro de una galaxia cercana.

Agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol acecha en el centro de la mayoría de las galaxias. Además de alimentarse de gas y polvo cercanos, algunos de estos agujeros negros lanzan enormes chorros de plasma que no solo eclipsan al agujero negro en sí, sino a toda la galaxia en la que residen. La mecánica de estos chorros de plasma, incluso el lugar exacto en el que se lanzaron, aún no se comprende bien, pero las observaciones como las que se lograron recientemente con una combinación de radiotelescopios terrestres y espaciales ayudarán a descubrir los misterios que rodean estas estructuras dramáticas.

En un artículo publicado el 2 de abril en Nature Astronomy, una colaboración internacional de astrónomos publicó observaciones de los chorros alrededor del agujero negro en la galaxia NGC 1275, ubicada en el cúmulo de Galaxias en Perseus a unos 230 millones de años luz de distancia. También conocida como Perseus A o 3C 84, esta galaxia se clasifica como una galaxia de Seyfert, lo que significa que tiene un agujero negro "activo" que actualmente se alimenta de material circundante. Ese agujero negro está en las primeras etapas de la generación de chorros de plasma masivos, que ahora se han trazado a través de observaciones de radio a solo 12 días luz desde su origen alrededor del agujero negro. Eso es solo unos pocos cientos de veces el radio del propio agujero negro (1 día luz es aproximadamente 16 mil millones de millas [26 mil millones de kilómetros]).

Esta imagen muestra cómo los radiotelescopios en la Tierra y en el espacio (izquierda) se combinaron para observar una región muy pequeña alrededor del agujero negro supermasivo de otra galaxia (derecha). En esta imagen de radio, el agujero negro está ubicado en la brillante mancha amarilla-verde en la parte superior; un joven chorro de plasma de unos 3 años luz de largo dispara desde el agujero negro. Pier Raffaele Platania INAF / IRA (compilación); Instituto ASC Lebedev (imagen de RadioAstron).

Lo que encontraron los sorprendió. "Resultó que el ancho observado del chorro era significativamente más amplio de lo que se esperaba en los modelos actualmente favoritos donde se lanza desde la ergosfera del agujero negro - un área del espacio justo al lado de un agujero negro donde el propio espacio es arrastrado a un movimiento circular alrededor del agujero ", dijo el autor principal del artículo, Gabriele Giovannini, del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica.

Estas imágenes aprovecharon una técnica llamada interferometría basal muy larga, o VLBI. Esta técnica vincula varios radiotelescopios para observar esencialmente con un plato "virtual" tan grande como la distancia entre los telescopios. En este caso, el equipo vinculó los radiotelescopios basados en la Tierra con un radiotelescopio ruso de 10 metros (33 pies) orbitando la Tierra como parte del proyecto RadioAstron, creando un radiotelescopio virtual con un diámetro de más de 200,000 millas (350,000 km). casi la distancia entre la Tierra y la Luna. Cuanto más grande es el radiotelescopio, más fino es el detalle que puede ver, lo que permitió a los astrónomos acercarse a la región alrededor del agujero negro de NGC 1275 para buscar pistas sobre cómo y dónde se genera el chorro.

Sus imágenes resultantes son 10 veces mejores que cualquier otra cosa que se haya logrado utilizando únicamente radiotelescopios terrestres. Esta misma técnica es la utilizada por el Event Horizon Telescope el año pasado en un intento de obtener imágenes de la sombra de un agujero negro supermasivo en su disco de acreción; los astrónomos esperan ansiosamente los resultados, que deberían anunciarse más adelante este año. 

La galaxia NGC 1275 contiene el agujero negro alrededor del cual se obtuvieron imágenes de los chorros de plasma en este estudio. Esta imagen compuesta muestra detalles de observaciones ópticas, de radio y de rayos X. Los lóbulos de rayos X purpúreos cerca de la parte más brillante de la galaxia contienen los chorros de radio jóvenes del agujero negro.

NASA, ESA, NRAO y L. Frattare (STScI). Crédito de la ciencia: rayos X: NASA / CXC / IoA / A.Fabian et al.; Radio: NRAO / VLA / G. Taylor; Óptica: NASA, ESA, el Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration, y A. Fabian (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido)

Esta es solo la segunda observación de chorros en una proximidad tan cercana al agujero negro; el único otro sistema que se ha observado con este nivel de detalle es M87. Pero los jets en M87 son mucho más antiguos, lo que, según los investigadores, puede ser el motivo por el que se ven diferentes a los de NGC 1275. "El jet en NGC 1275 se reinició hace más de una década y actualmente se está formando, lo que brinda una oportunidad única para seguir el un crecimiento muy temprano de un jet de agujero negro ", dijo Masanori Nakamura de la Academia Sínica en Taiwán, coautor del artículo. "Continuar con estas observaciones será muy importante".

Fuente

Monica Young/S&T

Alison Klesman/S&T

Universidad de Colombia

C. Hailey et al. /Nature Astronomy

NASA, ESA, NRAO y L. Frattare (STScI). Crédito de la ciencia: rayos X: NASA / CXC / IoA / A.Fabian et al.; Radio: NRAO / VLA / G. Taylor; Óptica: NASA, ESA, el Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration, y A. Fabian (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido)

Fuente

Monica Young/S&T

Universidad de Colombia

C. Hailey et al. /Nature Astronomy

Agujeros negros - Actalización

Novedades acerca de los agujeros negros.

¿Qué se ve cerca de un agujero negro supermasivo?

Con los mejores modelos e instrumentos actuales, los astrónomos se están acercando a las regiones relativamente pequeñas alrededor de los agujeros negros supermasivos.

La impresión de este artista muestra el área que rodea un agujero negro supermasivo, incluyendo su entorno polvoriento, disco de acreción caliente (transferencia de materia de una estrella a la otra)  y  chorros de energía. 

Los agujeros negros supermasivos se ubican en el centro de todas las grandes galaxias. Muchos de estos gigantes están acreciendo materialmente, lo que les da el nombre de núcleos galácticos activos o AGN. A medida que el material cae hacia el agujero negro, crea un disco que brilla intensamente e incluso puede generar grandes explosiones y chorros. Comparado con una galaxia de cientos de miles de años luz de diámetro, el disco de acreción alrededor de un agujero negro supermasivo y la estructura polvorienta que lo rodea son extremadamente pequeños, del orden de solo decenas de años luz de diámetro. Pero dos estudios recientes finalmente nos están dando una mirada de cerca que necesitamos probar nuestros modelos actuales de crecimiento y evolución de agujeros negros supermasivos.

En la figura se muestra el material polvoriento (amarillo anaranjado) de un supermasivo agujero negro que rodea el disco de acreción (azul-verde). ALMA (ESO / NAOJ / NRAO).

Una rosquilla giratoria

Los astrónomos usan el "modelo unificado" de AGN para describir la estructura alrededor de un agujero negro en proceso de “alimentación”. Se cree que esta estructura y su orientación afectan lo que vemos, por lo que no todos los AGN tienen el mismo aspecto. Parte de esta estructura es un torbellino polvoriento, en forma de rosquilla, de material (gas y polvo) alrededor del agujero negro, que cubre una parte o la totalidad de la vista, dependiendo de su orientación.

Ahora, usando la resolución proporcionada por Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA- asociación internacional entre Europa, Norteamérica y Asia del Este, en colaboración con la República de Chile, es el mayor proyecto astronómico del mundo), los astrónomos claramente han fotografiado por primera vez la rotación de un torbellino polvoriento alrededor de un agujero negro supermasivo. Su objetivo era el centro de la galaxia espiral M77(NGC 1068), que se encuentra a 47 millones de años luz de distancia en la constelación Cetus. Al usar ALMA, pudieron identificar la emisión de moléculas de cianuro de hidrógeno (HCN) y iones de formilo (HCO +) asociadas con el gas y el polvo en el centro de la galaxia alrededor del agujero negro, enfocándose en una "rosquilla" de material rotativo denso alrededor del objeto central. El trabajo fue publicado el 1 de febrero en Astrophysical Journal Letters .

"Para interpretar varias características observacionales de los AGN, los astrónomos han asumido estructuras giratorias tipo buñuelo de gas polvoriento alrededor de agujeros negros supermasivos activos", dijo Masatoshi Imanishi del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, y autor principal del artículo, en un comunicado de prensa . "Sin embargo, el polvoriento donut gaseoso es muy pequeño en apariencia. Con la alta resolución de ALMA, ahora podemos ver directamente su estructura ".

Izquierda: datos de ALMA que muestran la emisión de moléculas e iones en una región en forma de herradura de unos 700 años luz de diámetro alrededor del agujero negro supermasivo central. Derecha: Movimiento medido con Doppler la bola se ha desplazado 20 años luz alrededor del agujero negro; el rojo muestra el movimiento alejándose de la Tierra, el azul muestra el movimiento hacia la Tierra.

ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Imanishi et al.

Ese donut se encuentra dentro de un medio anillo filamentoso de 700 años luz de ancho. La bola se extiende a solo 20 años luz, una región del espacio extremadamente pequeña en comparación con la galaxia más grande M77. Utilizando ALMA, el equipo pudo mostrar el desplazamiento Doppler del material en la rosquilla, con algo de material que se aleja de la Tierra y algunos se mueven hacia él, un claro signo de rotación.

Pero ese signo claro también conlleva complejidades adicionales. La bola está girando como se esperaba, pero parece asimétrico y parte de esa rotación también está asociada con el movimiento aleatorio. El equipo cree que esto podría ser un signo de interrupción, como una fusión anterior con otra galaxia más pequeña. Se necesita más trabajo para determinar la historia de la galaxia y su AGN, pero esta primera imagen de la bola giratoria es un importante paso adelante en el estudio de las galaxias y sus agujeros negros supermasivos.

Un diagrama que muestra un agujero negro (centro) rodeado por un disco de acreción de material (naranja) y chorros de emisión (azul-blanco) de material. Al medir el campo magnético de los chorros (líneas curvas), los astrónomos pueden usar un nuevo modelo para vincular esta cantidad con la rotación perdida por el agujero negro, que puede alimentar los chorros. Oficina de prensa MIPT.

Transmitir energía

Muchos AGN - y sus contrapartes más pequeñas, de masa estelar - se asocian con chorros de material arrojados a lo largo de sus ejes de rotación. El mecanismo detrás del lanzamiento de estos jets, e incluso el material que compone los jets, aún no se conoce bien. Pero un nuevo modelo basado en mediciones del campo magnético asociado con estos chorros ofrece una posible percepción de la cantidad de energía de rotación que pierde el agujero negro cuando dispara estos haces al espacio.

El modelo, desarrollado por astrofísicos en el Laboratorio de Investigación Fundamental y Aplicada de Objetos Relativistas del Universo del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, conecta la energía que entra en estos extremadamente poderosos chorros con la rotación del agujero negro y proporciona a los astrónomos una característica mensurable para probar esta idea. El trabajo, escrito por Elena Nokhrina, apareció el 22 de diciembre de 2017 en Frontiers in Astronomy and Space Sciences.

Se cree que los agujeros negros giran, tal como lo hacen las estrellas y los planetas. A medida que el material fluye hacia ellos desde su disco de acreción, absorben el momento angular y giran más rápido. Este efecto también se observa en estrellas jóvenes, que están rodeadas por discos de acreción similares de material. Pero las estrellas nacientes a menudo giran demasiado despacio por la cantidad de momento angular que deberían absorber, eso se debe a que el ímpetu va a los chorros de estas estrellas. El mismo proceso podría estar trabajando alrededor de los agujeros negros.

El Telescopio Espacial Hubble ha detectado chorros que emanan de numerosas estrellas jóvenes que se forman. Es probable que el mismo mecanismo que alimenta los jets en estos sistemas funcione a mayor escala alrededor de los agujeros negros.

Arriba a la izquierda: C. Burrows (STScI y ESA), el equipo de definición de investigación de WFPC 2 y la NASA; 

Arriba a la derecha: J. Hester (Universidad Estatal de Arizona), el Equipo de Definición de Investigación WFPC 2 y la NASA; Abajo: J. Morse / STScI, y NASA.

Pero para confirmarlo, los astrónomos necesitarían medir la cantidad de energía rotacional que pierde el agujero negro, lo que es difícil. Del mismo modo, la medición de la cantidad de "flujo" magnético del material del disco de acreción que pasa sobre el horizonte del evento daría una estimación de la pérdida de energía rotacional, pero esto también es difícil de medir. Ahora, el nuevo modelo de Nokhrina -y otros modelos recientes y más avanzados de chorros de agujeros negros- sugiere un proxy: mide el campo magnético de los chorros, que luego puede vincularse a la cantidad de energía de rotación necesaria para alimentarlos.

El campo magnético de los jets puede medirse, y "debido a que se conserva el flujo magnético, al medir su magnitud en el chorro, también aprendemos el flujo magnético cerca del agujero negro", dijo Nokhrina en un comunicado de prensa. Su trabajo ahora permite a los astrónomos conectar el campo magnético de los chorros a la rotación perdida por el agujero negro, y probar experimentalmente si nuestra comprensión de cómo se comportan los agujeros negros y los discos y chorros a su alrededor es correcta, o aún necesita un mayor refinamiento.

Todo esto llega solo meses antes del esperado lanzamiento de los resultados del Event Horizon Telescope , una red mundial de instalaciones que en abril de 2017 pasó una semana y media recopilando datos sobre el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, así como el enorme agujero negro en la galaxia elíptica M87. Pronto podremos tener la primera imagen no solo la bola alrededor de un agujero negro supermasivo, sino también del borde del horizonte de eventos del agujero negro. Ciertamente es un momento emocionante para ser astrofísico.

Una estrella que se comporta de manera extraña revela que un agujero negro se esconde en un cúmulo globular.

Por cierto, también es el primer agujero negro de masa estelar encontrado en su atracción gravitatoria.

Usando el instrumento MUSE de ESO en el Very Large Telescope en Chile, los astrónomos descubrieron una estrella que rodea el corazón del cúmulo globular NGC 3201. Al analizar la estrella, los investigadores se dieron cuenta de que un agujero negro de masa estelar inactivo acecha en el cúmulo ( se muestra aquí en este concepto de artista). Este es el primer agujero negro de masa estelar jamás descubierto en un cúmulo globular. ESO / L. Calçada / spaceengine.org

La palabra glóbulo no es el término más atractivo. Tal vez esta es la razón por la cual los cúmulos globulares no reciben tanta presión como se merecen. Estas densas colecciones de estrellas antiguas que suman decenas de miles son el hogar de algunas de las estrellas más antiguas del universo. Si las nebulosas son los viveros estelares del cosmos, los cúmulos globulares son los asilos estelares. Pero así como las nebulosas pueden enseñarnos cómo se forman las estrellas jóvenes, los cúmulos globulares pueden enseñarnos cómo evolucionan las viejas estrellas y envejecen, lo que de vez en cuando termina con una estrella masiva y antigua que se colapsa en un agujero negro.

En un estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de uno de esos agujeros negros en el cúmulo globular NGC 3201. Al observar el comportamiento orbital excepcionalmente extraño de una estrella específica en el cúmulo, los investigadores pudieron concluir que un agujero negro acecha en el núcleo de NGC 3201. , ubicado a unos 16,000 años luz de distancia. El descubrimiento del agujero negro, que no se alimenta de material cercano y, por lo tanto, es invisible para las observaciones directas, es la primera detección de un agujero negro de masa estelar realizado puramente al medir su influencia gravitatoria en otras estrellas.

"[La estrella] estaba orbitando algo que era completamente invisible, que tenía una masa de más de cuatro veces el Sol", dijo Benjamin Giesers, un astrofísico de la Universidad de Göttingen y autor principal del estudio, en un comunicado de prensa.. "¡Esto solo podría ser un agujero negro! El primero encontrado en un cúmulo globular al observar directamente su atracción gravitacional. "

Como parte de un gran estudio de cúmulos globulares orbitando la Vía Láctea, un equipo internacional de astrónomos utilizó el instrumento Exploración Espectroscópica Multi Unidad (MUSE) de ESO en el Very Large Telescopio en Chile para buscar binarios estelares: pares de estrellas que se orbitan entre sí. Además de analizar la luz de estrellas individuales, MUSE mide sus velocidades radiales, o movimientos relativos de ida y vuelta. Entre la plétora de mediciones de velocidad radial tomadas para la encuesta de cúmulos globulares, los investigadores encontraron una estrella extraña.

Notaron que esta estrella en particular estaba siendo lanzada hacia atrás y adelante tan rápidamente (más de 200,000 millas por hora) que debe estar orbitando alrededor de un agujero negro invisible al menos cuatro veces más masivo que el Sol. Aunque los investigadores reconocen la posibilidad de que la estrella se mueva rápidamente dentro de un sistema estelar triple que contenga dos estrellas de neutrones excepcionalmente grandes y fuertemente unidas, "dado que tal sistema no se observó hasta la fecha y la masa real de los descubiertos" el objeto es probablemente más alto, un escenario de agujero negro es más probable ".

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble muestra el corazón del cúmulo globular NGC 3201, ubicado a 16,000 años luz de distancia en la constelación sureña Vela (Las Velas). En el cúmulo, los investigadores notaron recientemente una estrella de comportamiento extraño (círculo azul) que se movía de un lado a otro inesperadamente rápido, lo que indica que está orbitando un agujero negro con más de cuatro veces la masa del sol. ESA / NASA.

Una de las cosas que diferencia a NGC 3201 de otros cúmulos globulares es que su núcleo es relativamente grande. Según el estudio, "como la presencia de agujeros negros puede conducir a una expansión del radio central a través de interacciones entre agujeros negros y estrellas, el descubrimiento del agujero negro presentado podría ser una indicación de que NGC 3201 posee un extenso sistema de agujeros negros en su núcleo. "

Debido a que los cúmulos globulares contienen las estrellas más grandes y antiguas del universo, deberían ser lugares de reunión principales para los agujeros negros de masa estelar, que se forman cuando las estrellas masivas mueren y colapsan por su propia gravedad. Sin embargo, las teorías recientes sugieren que, si bien los agujeros negros probablemente se forman en cúmulos globulares, deberían ser expulsados rápidamente a través de las interacciones dentro del núcleo del cúmulo.

"Hasta hace poco, se suponía que casi todos los agujeros negros desaparecerían de los cúmulos globulares después de un corto tiempo y ¡que sistemas como este ni siquiera deberían existir! Pero claramente este no es el caso ", dijo Giesers. "Nuestro descubrimiento es la primera detección directa de los efectos gravitacionales de un agujero negro de masa estelar en un cúmulo globular. Este hallazgo ayuda a comprender la formación de cúmulos globulares y la evolución de los agujeros negros y los sistemas binarios, algo vital en el contexto de la comprensión de las fuentes de ondas gravitacionales ".

El "dobler eructo" de un agujero negro muestra su comportamiento a lo largo del tiempo.

Los agujeros negros tienen malos modales en la mesa, pero al menos descansan entre comidas.

La galaxia SDSS J1354 + 1327 (justo debajo del centro de la imagen) alberga un agujero negro supermasivo que ha dejado escapar dos "eructos" en los últimos 100.000 años. El eructo más antiguo se puede ver en la parte inferior izquierda de la galaxia como un brillo difuso azul verdoso. El eructo más reciente aparece como un brillante arco azul-blanco en la parte superior izquierda del centro de la galaxia. Su galaxia compañera, SDSS J1354 + 1328, se encuentra justo encima del centro de la imagen. NASA, ESA y J. Comerford (Universidad de Colorado-Boulder).

Los agujeros negros supermasivos residen en el centro de la mayoría, si no de todas, las galaxias masivas (y posiblemente de baja masa). Varían en tamaño desde millones hasta miles de millones de masas solares, y pueden comer vorazmente o no comer en absoluto, dependiendo de su entorno. Pero una cosa está clara: los agujeros negros no tienen muy buenos modales en la mesa, como confirmó un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Colorado Boulder la semana pasada en la 231 Reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Washington, DC.

El equipo atrapó un agujero negro supermasivo en la galaxia SDSS J1354 + 1327 (o J1354, para abreviar) con un historial de "picoteo" de material en su vecindad, y luego dejó escapar "eructos" de energía como resultado. Entre las comidas, el agujero negro está relativamente inactivo. Ese período de latencia duró unos 100.000 años, que es un parpadeo en las escalas de tiempo cosmológicas, pero ciertamente no para los humanos. El trabajo, presentado en la reunión de Washington, DC por Julie Comerford de la Universidad de Colorado y publicado el 6 de noviembre en The Astrophysical Journal , identifica dos eructos separados, o eventos de salida: un antiguo eructo a punto de disiparse y una insinuación a un comida mucho más reciente. Es la primera vez que se identifican dos eventos separados para una sola galaxia.

Dos eventos separados

J1354 es una galaxia identificada en el Sloan Digital Sky Survey; se encuentra a unos 800 millones de años luz de distancia. Los astrónomos obtuvieron imágenes de J1354 en rayos X y luz óptica usando el Observatorio de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio WM Keck y el Observatorio Apache Point. Al combinar los datos de estas diferentes imágenes, detectaron un gran "cono" difuso de gas que se extiende 30,000 años luz por debajo del bulto de la galaxia (donde se encuentra el agujero negro supermasivo). Este gas está ionizado, es decir, sus átomos han sido despojados de sus electrones, por una gran ráfaga de radiación del agujero negro supermasivo que ocurrió hace unos 100.000 años.

Centaurus A es una galaxia activa que actualmente "pica" en una comida de gas y polvo. Mientras se come, el agujero negro supermasivo de la galaxia dispara chorros de material altamente energético. ESO / WFI (Optical); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submilimétrico); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Radiografía).

Al norte del agujero negro, los astrónomos vieron una onda de choque que se propagaba a través del gas desde el agujero negro, ya a una distancia de 3.000 años luz del agujero negro. Este eructo proviene de una segunda comida más reciente que el agujero negro consumió. Entre los dos eventos, el agujero negro era probablemente mucho más inactivo, el comportamiento esperado para tales objetos, que, de acuerdo con Comerford, pasa por un ciclo de meriendas, eructos y siestas, luego picoteo y eructos otra vez.

Una pieza adicional del rompecabezas se coloca en su lugar mientras uno aleja las imágenes de J1354: la galaxia está ubicada cerca de una segunda galaxia compañera, que probablemente interactuó con ella en el pasado. La colisión entre las dos galaxias luego canalizó material hacia el agujero negro supermasivo y proporcionó esas comidas grandes que provocaron los eructos. 

  

Eructo de la Vía Láctea

Si crees que este comportamiento de eructos es exclusivo de las galaxias distantes (u otras), piénsalo de nuevo. Se piensa que este comportamiento es común para los agujeros negros, que deben "parpadear" intermitentemente en escalas de tiempo de 100.000 años muchas veces a lo largo de su existencia. Pero si bien capturar un solo evento no es necesariamente raro, identificar los restos de dos de las comidas pasadas, nunca antes habían sucedido. "Afortunadamente, sucedió que observamos esta galaxia en un momento en que podíamos ver claramente la evidencia de ambos eventos", dijo Comerford en un comunicado de prensa .

Las Fermi Bubbles de la Vía Láctea son el resultado de un eructo pasado que dejó escapar nuestro agujero negro supermasivo hace millones de años. Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.

El agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, ahora en su fase de "siesta", también ha pasado por este ciclo. Su eructo más reciente todavía se puede ver hoy en día como dos burbujas de gas que se extienden por encima y por debajo del plano galáctico, llamadas burbujas de Fermi . Estas burbujas fueron descubiertas en 2015 por el Telescopio de Rayos Gamma Fermi de la NASA, y son restos de una comida que nuestro agujero negro consumió hace entre 6 y 9 millones de años.

En este momento, tanto J1354 como el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea experimentan lo que Comerford llama un "coma de comida galáctico". Pero eso puede cambiar: "El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia ahora está durmiendo después de una gran comida, como el agujero negro de J1354 el pasado. Así que también esperamos que nuestro enorme agujero negro se divierta de nuevo, como lo hizo J1354 ", dijo Scott Barrows de CU.

Fuente

Astronomy Magazine/Alison Klesman/Jake Parks

ALMA (ESO / NAOJ / NRAO).

Oficina de prensa MIPT

ESO / L. Calçada / spaceengine.org

NASA, ESA y J. Comerford (Universidad de Colorado-Boulder).

ESO / WFI (Optical); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submilimétrico); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Radiografía).

Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.

Agujeros Negros - Novedades

Los agujeros negros supermasivo causan el calentamiento galáctico en escala.

Para la mayor parte de sus vidas, las galaxias son exuberantes entornos para convertir el gas en estrellas. Hasta que no lo son. En los últimos mil millones de años, una misteriosa especie de "calentamiento galáctico" ha vuelto un gran número de galaxias en desiertos desprovistos de estrellas jóvenes frescas.

Los astrónomos ha estado identificando el proceso desconocido que mantiene el gas en estas galaxias inactivas demasiado calientes y energéticas para formar estrellas. Hoy en día, los astrónomos de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) están anunciando el descubrimiento de una nueva clase de galaxias llamadas " Géiser rojos "que albergan agujeros negros supermasivos, con vientos que tienen el poder para evitar que las galaxias inactivas se encuentren en pausa.  "Sabíamos que tenía que haber una manera de prevenir la formación de estrellas en estas galaxias, y ahora tenemos una buena idea de lo que es”, dijo Edmond Cheung, el autor principal del estudio. Cheung, es astrónomo de la Universidad de Instituto Kavli de Tokio para la Física y Matemáticas del Universo. Cheung estaba trabajando con un equipo internacional de astrónomos en el estudio de cientos de galaxias cuando encontraron un agujero negro supermasivo absorbiendo el gas frío en su galaxia anfitriona. "Las galaxias comienzan como máquinas de hacer estrellas con una receta sencilla: el gas es igual a la gravedad, más estrellas," dijo Kevin Bundy, co-autor del estudio. "Aquí tenemos una galaxia que tiene todo lo que necesita para formar nuevas estrellas, pero está latente. ¿Por qué? ". Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que la razón tenía algo que ver con el agujero negro supermasivo que se encuentra en los centros de muchas galaxias, pero se carecía de evidencia sólida. "Si anteriormente hubiéramos mirado justo en el centro de la galaxia, podríamos haber aprendido sobre el agujero negro central de cómo afecta esto al resto de la galaxia", dijo Cheung.

"Otra razón es que el viento de los agujeros negros supermasivos aparece y desaparece rápidamente, así que observar el viento in fraganti es difícil."

Con la incorporación tecnológica del Telescopio Sloan (Sloan Digital Sky Survey o SDSS es un proyecto de investigación del espacio mediante imágenes en el espectro visible y de corrimiento al rojo, realizada en un telescopio específico de ángulo amplio y de 2,5 metros situado en el observatorio Apache Point de Nuevo México y comenzada en 2000.) por el Observatorio Apache Point (Manga ), podemos hacer mapas detallados de las galaxias diez a cien veces más rápido de lo que podíamos hace diez años", dijo Renbin Yan de la Universidad de Kentucky. 

Telescopio Sloan Digital Sky Survey o SDSS

                                                                                        

Akira tiene una galaxia compañera que Cheung llama "Tetsuo" . Akira está tirando de gas fuera de Tetsuo. Los vientos impulsados por gas de Tetsuo son la razón de que Akira es actualmente una galaxia geiser rojo. Bundy se le ocurrió el nombre "géiser roja" debido a que estos estallidos de viento le recordaban a las erupciones esporádicas de un géiser y porque el fracaso para formar nuevas estrellas deja la galaxia con sólo las estrellas rojas. Al igual que con el calentamiento global de la Tierra, el calentamiento galáctico tiene consecuencias para las galaxias géiser de color rojo - el gas ya no pueden formar nuevas estrellas.  "Se puede pensar de estos vientos como super-calentamiento de la atmósfera de las galaxias", dijo Cheung.

El equipo tiene la teoría de que este fenómeno es bastante común en las galaxias inactivas. Por lo tanto, nuestra propia Vía Láctea no puede estar a salvo de este calentamiento galáctico - las futuras generaciones distantes pueden ver nuestro agujero negro supermasivo girando nuestra galaxia en un geiser rojo.

La interpretación de un artista de la galaxia Akira (derecha) y Tetsuo (izquierda) en acción. La gravedad de Akira tira el gas de Tetsuo en su agujero negro supermasivo central, alimentando vientos que tienen el poder de calentar el gas de Akira. Debido a la acción de los vientos de los agujeros negros, el gas extraído de Tetsuo se vuelve inerte, evitando un nuevo ciclo de formación de estrellas en Akira. Kavli IPMU

Telescopios de la NASA encuentran pistas de cómo se forman tan rápidamente los agujeros negros gigantes.

Los investigadores combinaron los datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial Spitzer para identificar estas posibles formaciones de agujeros negros. "Nuestro descubrimiento, si se confirma, se explica cómo nacieron estos monstruosos agujeros negros", dijo Fabio Pacucci de Escuela Normal Superior (SNS) en Pisa, Italia, que dirigió el estudio. "Hemos encontrado pruebas de que los agujeros negros supermasivos se pueden formar directamente desde el colapso de una nube gigante de gas, saltándose pasos intermedios." Los científicos creen que un agujero negro supermasivo se encuentra en el centro de casi todas las grandes galaxias, incluyendo nuestra propia Vía Láctea.

Los científicos creen que un agujero negro supermasivo se encuentra en el centro de casi todas las grandes galaxias, incluyendo nuestra propia Vía Láctea. Ellos han encontrado que algunos de estos agujeros negros supermasivos, que contienen millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol, fueron formados a menos de mil millones de años después del inicio del universo en el Big Bang.

"Hay una gran cantidad de controversia sobre qué camino toman estos agujeros negros", dijo Andrea Ferrara, también del SNS. "Nuestro trabajo sugiere que van reduciéndose las respuestas, donde los agujeros negros comienzan grande y crecen a la tasa normal, en lugar de comenzar en pequeño y crece a un ritmo muy rápido." Los investigadores utilizaron modelos informáticos  de los agujeros negros combinados con una nuevo método para seleccionar candidatos para estos objetos a partir de imágenes de larga exposición de Chandra, Hubble y Spitzer. El equipo encontró dos candidatos fuertes para la formación de los agujeros negros. Ambos se correspondían con el perfil teórico de los datos infrarrojos, además de ser objetos muy rojos, y también emiten rayos X detectados con Chandra. Las estimaciones de la distancia que sugieren que pueden haber sido formado cuando el universo tenía menos de mil millones de años "la formacion de un agujero negro es extremadamente difícil de encontrar y confirmar su detección es mucho más difícil", dijo Andrea Grazian del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia.

La evidencia de que algunos agujeros negros supermasivos primeros formados directamente desde el colapso de una nube de gas se ha encontrado. Estos resultados podrían representar un paso importante en la comprensión de cómo se formaron las primeras gigantescos agujeros negros del universo. Se han identificado dos candidatos agujero negro "semillas", posiblemente a menos de mil millones de años después del Big Bang. Los astrónomos combinaron los datos de Chandra, Hubble y Spitzer para hacer este descubrimiento. Rayos X: NASA / CXC / Escuela Normal Superior / Pacucci, F. et al, óptica: NASA / STScI; Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss

"Sin embargo, creemos que nuestra investigación ha descubierto los dos mejores candidatos hasta la fecha." El equipo tiene previsto obtener nuevas observaciones en rayos X y los rayos infrarrojos para comprobar si estos objetos tienen más de las propiedades esperadas para las formación de los agujeros negros.

Próximos observatorios, como el telescopio espacial de la NASA James Webb y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande ayudará en futuros estudios mediante la detección de la luz de los agujeros negros más distantes y más pequeños. Los científicos actualmente están construyendo el marco teórico necesario para interpretar los datos próximos, con el objetivo de encontrar los primeros agujeros negros en el universo. "Como científicos, no podemos decir en este punto que nuestro modelo es 'la'", dijo Pacucci. "Lo que realmente creemos es que nuestro modelo es capaz de reproducir las observaciones sin requerir suposiciones razonables."

ALMA mide la masa del agujero negro con una precisión extrema.

Para determinar la masa real de un agujero negro supermasivo, los astrónomos deben medir la fuerza de su atracción gravitatoria de las estrellas y nubes de gas que pululan a su alrededor.

Utilizando el Large Millimeter/submillimeter Array  de Atacama (ALMA) (El Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) es una asociación internacional entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS), junto con NRC (Canadá), NSC y ASIAA (Taiwán), y KASI (República de Corea), en cooperación con la República de Chile. ALMA, el mayor proyecto astronómico que existe, es un solo telescopio de diseño revolucionario, compuesto por 66 antenas de alta precisión ubicadas en el llano de Chajnantor, a 5000 metros de altitud en el norte de Chile), un equipo de astrónomos ha profundizado notablemente profundamente en el corazón de una galaxia cercana elíptica para estudiar el movimiento de un disco de gas interestelar frío que rodea el agujero negro supermasivo en su centro. Estas observaciones proporcionan una de las mediciones de masa más precisos hasta la fecha para un agujero negro fuera de nuestra galaxia, ayudando a establecer la escala de estos gigantes cósmicos. Los agujeros negros supermasivos, algunos millones de pesaje a miles de millones de veces la masa del Sol, dominan los centros de sus galaxias anfitrionas.

 El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una asociación internacional entre Europa, Norteamérica y Asia del Este, en colaboración con la República de Chile, es el mayor proyecto astronómico del mundo. Se trata de un interferómetro revolucionario que comprende un conjunto de 66 antenas (antenas también llamadas: reflectores o radiotelescopios cuando es de una única antena) de siete y doce metros de diámetro destinados a observar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.

Para determinar la masa real de un agujero negro supermasivo, los astrónomos deben medir la fuerza de su atracción gravitatoria de las estrellas y nubes de gas que pululan a su alrededor. Para obtener este resultado, Aaron Barth, de la Universidad de California, Irvine, y su equipo ALMA utiliza para medir la velocidad del gas de monóxido de carbono en órbita alrededor del agujero negro en el centro de NGC 1332, una galaxia masiva elíptica cerca de 73 millones de años-luz de la Tierra en la dirección de la constelación de Eridanus sur. "la medición de la masa de una agujero negro es muy difícil precisión, incluso con los telescopios más poderosos de la Tierra o en el espacio ", dijo Barth.

"ALMA tiene la capacidad revolucionaria para observar discos de gas frío alrededor de agujeros negros supermasivos en escalas suficientemente pequeñas que podemos distinguir claramente la influencia del agujero negro en la velocidad de rotación del disco." Las observaciones de ALMA revelan detalles de la estructura del disco en el orden de 16 años luz de diámetro. También miden la rotación del disco dentro del radio estimado de 80 años luz de la "esfera de influencia" del agujero negro -. La región en la que la gravedad del agujero negro es dominante cerca del centro del disco, ALMA observa el gas viaja a más de 300 millas (500 kilómetros) por segundo.

Al comparar estos datos con las simulaciones, los astrónomos calcularon que el agujero negro en el centro de NGC 1332 tiene una masa de 660 millones de veces más grande que nuestro Sol, más o menos 10 por ciento. Esto es alrededor de 150 veces la masa del agujero negro en el centro de la Vía Láctea, pero todavía relativamente modesta en relación con los mayores agujeros negros se sabe que existen, que pueden ser muchos miles de millones de masas solares. Close-in de ALMA observaciones eran esenciales, los investigadores señalan que, para evitar confundir la medición agujero negro con la influencia gravitacional de otro material - estrellas, nubes de gas interestelar, y la materia oscura -. que comprende la mayor parte de la masa total de la galaxia "Este agujero negro, aunque masiva individualmente, representa menos del uno por ciento de la masa de todas las estrellas de la galaxia ", señaló Barth. "La mayor parte de la masa de una galaxia es en forma de materia oscura y las estrellas, y en la escala de una galaxia entera, incluso un gigantesco agujero negro es sólo un pequeño punto en el centro. La clave para detectar la influencia del agujero negro es observar el movimiento orbital en escalas tan pequeñas que la atracción gravitatoria del agujero negro es la fuerza dominante. "Esta observación es la primera demostración de esta capacidad para ALMA.

Astrónomos utilizar diversas técnicas para medir la masa de los agujeros negros. Todos ellos, sin embargo, se basan en el seguimiento del movimiento de los objetos tan cerca del agujero negro como sea posible. En la Vía Láctea, potentes telescopios basados en tierra utilizando la óptica adaptativa pueden estrellas de imágenes individuales cerca del centro galáctico y, precisamente, realizar un seguimiento de sus trayectorias en el tiempo. Aunque muy preciso, esta técnica sólo es factible dentro de nuestra propia galaxia; otras galaxias son demasiado lejos para distinguir el movimiento de las estrellas individuales. Para hacer mediciones similares en otras galaxias, los astrónomos ya sea examinar el movimiento total de estrellas en la región central de una galaxia o rastrear el movimiento de los discos de gas y mega-másers - fuentes de radio cósmicas naturales . los estudios previos de NGC 1332 con telescopios terrestres y espaciales dieron muy diferentes estimaciones de la masa de este agujero negro, que van desde los 500 millones de dólares a 1,5 mil millones de veces la masa del Sol los nuevos datos de ALMA confirman que las estimaciones son más bajas más precisa. Fundamentalmente, las nuevas observaciones de ALMA tienen una resolución más alta que cualquiera de las últimas observaciones.

Imagen combinada de NGC 1332 muestra el disco central de gas que rodea el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Las nuevas observaciones de ALMA rastrear el movimiento del disco, proporcionando mediciones notablemente precisas de la masa del agujero negro: 660 millones de veces la masa de nuestro Sol La región roja en la imagen ALMA representa la emisión que se ha desplazado hacia el rojo por el gas que gira lejos de nosotros; el azul representa la emisión azul desplazada por el gas que gira hacia nosotros. La gama de colores representa velocidades de giro de hasta 300 millas (500 kilómetros) por segundo. Barth (UCI) / ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / / / Survey Galaxy NASA ESA Hubble de Carnegie-Irvine.

ALMA también detecta la emisión del componente más denso, más fría del disco, que está en un movimiento circular notablemente ordenada alrededor del agujero negro. Muchas mediciones del agujero negro pasadas realizadas con telescopios ópticos, incluyendo el telescopio espacial Hubble, se centró en la emisión del calor gas ionizado que orbitan en las regiones centrales de las galaxias. Discos de gas ionizado tienden a ser mucho más turbulento que los discos fríos, que conduce a una menor precisión en la medición de la masa de un agujero negro. "ALMA puede trazar la rotación de los discos de gas en los centros de galaxias con una resolución aún mayor que el telescopio espacial Hubble", señalaron Benjamin Boizelle de la UCI. "Esta observación demuestra una técnica que se puede aplicar a muchas otras galaxias para medir las masas de agujeros negros a notable precisión."

Fuente

Astronomy Magazine

Digital Sky Sloan Baltimore, Maryland/ Kavli IPMU

Observatorio Apache Point

Rayos X: NASA / CXC / Escuela Normal Superior / Pacucci, F. et al, óptica: NASA / STScI; Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss

Barth (UCI) / ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / / / Survey Galaxy NASA ESA Hubble de Carnegie-Irvine.

Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-Atacama Chile.

  

Agujeros Negros

Registrando la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo.

Una campaña observacional reciente permitió a un equipo de astrónomos para medir con precisión la velocidad de rotación de uno de los agujeros negros más masivos del universo.

Un ejemplo de sistema de agujero negro binario en OJ287.  Las predicciones del modelo son verificadas mediante observaciones.

Una reciente campaña de observación que involucró a más de dos docenas de telescopios ópticos y el telescopio espacial de rayos X de la NASA permitió a un equipo internacional de astrónomos para medir con precisión la velocidad de rotación de uno de los agujeros negros más masivos del universo. La tasa de rotación de este agujero negro supermasivo es un tercio de la velocidad de centrifugado máxima permitida en la relatividad general. El poder del cuásar llamado OJ287 es de una masa solar equivalente a 18 mil millones la masa del Sol y más de seis veces el valor calculado para el anterior agujero negros más grande conocido y que se encuentra a unos 3,5 millones de años luz de la Tierra.

La curva de luz muestra que OJ 287 tiene una variación periódica de entre 11 y 12 años con un reducido pico doble de máximo brillo. Este tipo de variación sugiere que su motor es un agujero negro supermasivo binario donde un (relativamente) pequeño agujero negro con unos 100 millones de masas solares orbita el agujero negro mucho mayor con un período orbital observable de 11 a 12 años. El brillo máximo es obtenido cuando la componente menor atraviesa el disco de acrecimiento de la componente supermasiva en el pericentro o apsis.

Este quásar se encuentra cerca de la trayectoria aparente del movimiento del Sol sobre la esfera celeste, visto desde la Tierra, donde se llevan a cabo la mayoría de las búsquedas de los asteroides y cometas. Por lo tanto, sus mediciones fotométricas ópticas ya cubren más de 100 años. Un análisis cuidadoso de estas observaciones muestran que la OJ287 ha producido estallidos ópticos casi periódicos a intervalos de aproximadamente 12 años, según datos obtenidos desde alrededor de 1891. Además, una inspección minuciosa de los conjuntos de datos más recientes revela la presencia de picos dobles en estos estallidos.

Estas deducciones impulsaron Mauri Valtonen de la Universidad de Turku, en Finlandia y sus colaboradores para desarrollar un modelo para el cuásar OJ287 que permita albergar dos agujeros negros de masa desiguales. Su modelo consiste en un agujero negro masivo con un disco de acreción (es un disco de material interestelar formado por materia que cae en objetos como los agujeros negros) mientras que el agujero negro más pequeño gira alrededor de el. El cuásar OJ287 es visible debido a la lenta acumulación de materia presente en el disco de acreción en el mayor de los agujeros negros. Además, el pequeño agujero negro pasa a través del disco de acreción durante su órbita, que hace que el material del disco se caliente a altas temperaturas. Este material calentado fluye hacia fuera desde ambos lados del disco de acreción e irradia fuertemente una vez por semana. Esto hace que surjan picos en el brillo debido a la elipticidad de la órbita de los picos dobles, como se muestra en la figura. Este efecto se debe a la teoría general de la relatividad de Einstein, y su tasa de precesión depende principalmente de las dos masas de los agujeros negros y la velocidad de rotación del agujero negro más masivo.

En 2010, Valtonen y sus colaboradores utilizaron ocho estallidos brillantes del OJ287 para medir con precisión la velocidad de precesión de la órbita del agujero más pequeño. Este análisis reveló por primera vez la velocidad de rotación del agujero negro masivo, junto con estimaciones precisas de las masas de los dos agujeros negros. Esto fue posible gracias a la precesión de la órbita del agujero negro más pequeño y a la increíble velocidad de 39 grados por órbita individual. El modelo relativista general para OJ287 también predijo que la próxima explosión podría producirse en torno al 25 de noviembre de 2015, que marca el 100 aniversario de la teoría general de la relatividad de Einstein. Por tanto, una campaña de observación se puso en marcha para atrapar esta predicción. La bengala óptica  comenzó en torno al 18 de noviembre de 2015 y alcanzó su máximo brillo, el 4 de diciembre de 2015.

Fue el instante de la explosión más brillante que permitió Valtonen y sus compañeros de trabajo para medir directamente la velocidad de rotación del agujero negro más masivo siendo un tercio de la velocidad de centrifugado máxima permitida en la relatividad general. En otras palabras, su parámetro Kerr se mide con precisión para ser 0,31, y su valor máximo permitido en la relatividad general es uno. En comparación, el parámetro de Kerr del agujero negro final asociado con la primera vez directo detección de ondas gravitacionales solamente se estima que es por debajo de 0,7. Las observaciones que conducen a la medición de giro exacto se han realizado gracias a la colaboración de un número de telescopios ópticos en Japón, Corea del Sur, India, Turquía, Grecia, Finlandia, Polonia, Alemania, Reino Unido, España, EE.UU., y México. El esfuerzo, dirigido por Staszek Zola de Polonia, implicado cerca de 100 astrónomos de estos países. Curiosamente, varios participantes destacados eran astrónomos no profesionales que usaban sus propios telescopios. El equipo de Valtonen que desarrolló y contribuyó al modelo de agujero negro binario incluyen al astrofísico A. Gopakumar de TIFR en la India y el astrónomo italiano Ray Stefano Ciprini que obtuvieron y analizaron los datos de rayos-X. La aparición de la explosión óptica predicho de OJ287 también permitió al equipo para confirmar la pérdida de energía orbital a las ondas gravitacionales dentro de un dos por ciento de la predicción de la relatividad general. Esto proporciona la primera evidencia indirecta, por la emisión de ondas gravitacionales, de la existencia de un enorme agujero negro binario. Esta es una noticia alentadora, en un futuro próximo, para los esfuerzos de sincronización de la matriz Pulsar que detectan directamente las ondas gravitacionales de tales sistemas. Por lo tanto, la presente observación óptica de OJ287 hace un aporte apropiado en las celebraciones del centenario de la teoría de la relatividad general y se suma a la emoción de la primera observación directa de una señal de onda gravitatoria transitoria por LIGO.

Fuente

ASTRONOMY MAGAZINI

Instituto Tata de Investigación Fundamental, Mumbai, India,

Universidad de Turku, Finlandia,

Universidad de Jagiellonian, Cracovia, Polonia