El impresionante giro de cinco agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros que giran en el espacio crean un enorme torrente arremolinado a su alrededor de discos de gas y polvo calentados a cientos de millones de grados que brillan con luz de rayos X. Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y alineaciones al azar a lo largo de miles de millones de años luz, los astrónomos han ideado una nueva técnica para medir el giro de cinco agujeros negros supermasivos. La materia en uno de estos vórtices cósmicos gira alrededor de su agujero negro a más del 70% de la velocidad de la luz. 

Para ello se utiliza fenómeno llamado lente gravitacional en el que la curvatura del espacio-tiempo por un objeto masivo, como una gran galaxia, puede magnificar y producir múltiples imágenes de un objeto distante que esté detrás suyo o cercano a el.

Los astrónomos utilizaron Chandra y lentes gravitacionales para estudiar seis cuásares, cada uno de los cuales consiste en un agujero negro supermasivo que consume rápidamente materia de un disco de acreción circundante. La lente gravitacional de la luz de cada uno de estos cuásares por parte de una galaxia intermedia ha creado múltiples imágenes de cada cuásar, como se muestra en estas imágenes de Chandra de cuatro de los objetivos. 

Crédito de la imagen: NASA / CXC / Univ. de Oklahoma / X. Dai y col.

Los astrofísicos aprovecharon la «microlente«, en la que las estrellas individuales en la galaxia interpuesta con lentes proporcionan un aumento adicional de la luz del cuásar. Un aumento mayor significa que una región más pequeña está produciendo la emisión de rayos X.  Luego, los investigadores utilizaron la propiedad de que un agujero negro giratorio está arrastrando el espacio con él y permite que la materia orbite más cerca del agujero negro de lo que es posible para un agujero negro que no gira. Por lo tanto, una región emisora ​​más pequeña correspondiente a una órbita estrecha generalmente implica un agujero negro que gira más rápidamente. 

Los resultados mostraron que uno de los agujeros negros, en el cuásar con lente llamado «Cruz de Einstein» (en la imagen HE0435) está girando a la velocidad máxima posible. Esto corresponde al horizonte de sucesos, el punto de no retorno del agujero negro, que gira a la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 1080 millones de kilómetros por hora. Otros cuatro agujeros negros en la muestra están girando, en promedio, a aproximadamente la mitad de esta velocidad máxima.  Para la Cruz de Einstein, la emisión de rayos X proviene de una parte del disco que es menos de aproximadamente 2,5 veces el tamaño del horizonte de sucesos, y para los otros 4 cuásares, los rayos X provienen de una región de cuatro a cinco veces el tamaño. del horizonte de sucesos.

La Cruz de Einstein, observada desde el telescopio espacial Hubble. Es visible desde la Tierra, pero se necesita una noche oscura y usar un telescopio de gran abertura y una cámara ccd.

Estos agujeros negros supermasivos probablemente crecieron al acumular la mayor parte de su material durante miles de millones de años a partir de un disco de acreción que giraba con una orientación y dirección de giro similares, en lugar de direcciones aleatorias. Como un tiovivo que sigue siendo empujado en la misma dirección, los agujeros negros seguían ganando velocidad.

Los rayos X detectados por Chandra se producen cuando el disco de acreción que rodea al agujero negro crea una nube de varios millones de grados, o corona, sobre el disco cerca del agujero negro. Los rayos X de esta corona se reflejan en el borde interno del disco de acreción, y las fuertes fuerzas gravitacionales cerca del agujero negro distorsionan el espectro de rayos X reflejado, es decir, la cantidad de rayos X que se ven a diferentes energías. Las grandes distorsiones observadas en los espectros de rayos X de los cuásares aquí estudiados implican que el borde interior del disco debe estar cerca de los agujeros negros, lo que da más evidencia de que deben estar girando rápidamente. Los quásares se encuentran a distancias que van desde los 8,8 mil millones a los 10,9 mil millones de años luz de la Tierra, y los agujeros negros tienen masas entre 160 y 500 millones de veces la del Sol.

Para saber más:

The Astrophysical Journal, disponible en línea . Los autores son Xinyu Dai, Shaun Steele y Eduardo Guerras de la Universidad de Oklahoma en Norman, Oklahoma, Christopher Morgan de la Academia Naval de los Estados Unidos en Annapolis, Maryland, y Bin Chen de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee, Florida. 

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Zoom hacia el cúmulo de galaxias MACS 1206

En el siguiente vídeo nos acercamos al cúmulo de galaxias llamado MACS J1206.2-0847 (o MACS 1206 para abreviar). El cúmulo fue observado en 2011 por el telescopio espacial Hubble como parte de CLASH (Cluster Lensing and Supernova survey con Hubble), un programa para observar cúmulos de galaxias cuya gravedad dobla y distorsiona la luz que pasa a través de ellos.

Créditos: NASA, ESA, Digitzed Sky Survey 2, M. Postman (STScI) y CLASH Survey Team.  Música:  John Dyson  (del álbum Moonwind)

Es difícil ocultar una galaxia detrás de un cúmulo de galaxias. La gravedad del cúmulo más cercano actuará como una lente enorme, sacando imágenes de la galaxia distante alrededor de los lados y distorsionándolas enormemente, es lo que se denomina un lente gravitacional.

El cúmulo MACS 1206 está compuesto por muchas galaxias y proyecta la imagen de una galaxia de fondo amarillo-rojo en el enorme arco de la derecha. Una inspección cuidadosa de la imagen revela al menos otras galaxias en el fondo, muchas de las cuales aparecen como mechones alargados. El grupo de primer plano solo puede crear arcos tan suaves si la mayor parte de su masa es materia oscura distribuida suavemente y, por lo tanto, no se concentra en el cúmulo de galaxias visibles. El análisis de las posiciones de estos arcos gravitacionales también les da a los astrónomos un método para estimar la distribución de la materia oscura en los cúmulos de galaxias e inferir a partir de eso cuándo comenzaron a formarse estos enormes conglomerados de galaxias.

Los astrónomos midieron la cantidad de lentes gravitacionales en el cúmulo para producir un mapa detallado de la distribución de materia oscura del cúmulo galáctico. Esta sustancia escurridiza es el pegamento invisible que mantiene unidas a las estrellas dentro de una galaxia y constituye la mayor parte de la materia del universo. Los cúmulos de galaxias son el mayor depósito de materia oscura del Cosmos.

Además de la materia oscura distribuida suavemente dentro del cúmulo, los astrónomos descubrieron que una gran cantidad esperada de ella se concentra en galaxias de cúmulos individuales. Estas concentraciones produjeron efectos de lente gravitacional que son 10 veces más fuertes de lo que predice la teoría.

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El Wifi y los agujeros negros

En este siglo el Wifi para la conexión inalámbrica de internet es absolutamente necesario en todas partes, es de una gran ayuda para no tener que estar conectados a un cable y disfrutar del acceso a internet, su descubrimiento y puesta en marcha fue de lo más curioso y se debe al estudio de los agujeros negros.

Todo comenzó con un viaje al espacio profundo para descubrir un determinando tipo de agujeros negros en los años 80 del siglo pasado. Las redes informáticas se estaban volviendo cruciales en todos los ámbitos de la vida pero las computadoras estaban todas conectadas con cables. Los científicos intentaban cortar los cables y enviar los datos por radio. Pero simplemente rebotaban en las paredes, los muebles y cualquier otra cosa, interfiriendo consigo mismo y causando un desorden desastroso ya que no se podía detectar bien la señal exacta de internet.

Pero sin embargo la quiso suerte que el problema se resolviera años antes. Fue debido a un científico australiano llamado John O’Sullivan. Este astrofísico y su equipo en la unidad de radioastronomía de CSIRO estaban tratando de detectar señales de radio de agujeros negros explosivos distantes. Diminutos, más pequeños que los átomos. El científico se inspiró en la teoría de Stephen Hawking sobre la evaporación de los agujeros negros y sus subsiguientes ondas de radio. Se propuso encontrarlos y demostrar que la teoría era correcta.

Mientras lo hacía, descubrió que estas señales débiles eran difíciles de distinguir del ruido de radio de fondo más fuerte de todo el universo. Estas señales habían viajado distancias muy grandes y eran pequeñas y distorsionadas por el gas y el polvo del espacio por el que habían pasado. Esto significaba que su forma de onda se había alterado y sería fácilmente identificable en una gráfica donde se representaran las ondas, ya que aparecería como un pico muy definido. Para ello tuvieron que estudiar la creación de una herramienta que pudiera identificar y filtrar ondas de radio específicas. Para agrupar las débiles señales del espacio en algo significativo, crearon ecuaciones complejas llamadas transformadas rápidas de Fourier, pero no encontraron ningún agujero negro. 

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John O’Sullivan trabajaba para CSIRO y tenía la tarea de encontrar una forma de que las computadoras se comunicaran sin cables, un sistema inalámbrico de algún tipo. Recordando su investigación anterior sobre los agujeros negros y las herramientas que había creado para identificar las ondas de radio de los agujeros negros de forma inalámbrica, O’Sullivan volvió a la herramienta que había creado anteriormente. Con esas ecuaciones, pudieron desmarcar los datos que se enviaban por radio, y formó la base para una conexión WiFi. Gracias a esta invención O’Sullivan lo patentó en su país natal primero en 1992, luego en los Estados Unidos en 1996.

Eso significa que hay más de 5 mil millones de dispositivos en todo el mundo que se conectan a redes utilizando tecnología de búsqueda de agujeros negros. 

Cuando conectemos nuestro Wifi tendremos la sensación de que estamos buscando agujeros negros, y si nos funciona y nos conectamos a internet habremos encontrado uno…

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El precioso cúmulo estelar Pismis 24

Si viajamos a unos 8.000 años luz de distancia hacia la constelación de Escorpio nos encontraremos, entre otros cientos de objetos, con un cúmulo de estrellas masivas muy jóvenes llamado Pismis 24, este impresionante cúmulo realiza una curiosa acción sobre una nebulosa, desencadena una intensa radiación y vientos enormes que ha creado una cavidad en la nebulosa que esta junto a las estrellas, zona que es donde se formaron esas estrellas. Esto lo podemos apreciar en esta espectacular imagen obtenida desde el telescopio espacial Hubble donde se muestra el cúmulo y parte de la nebulosa, llamado NGC 6357.

Este cúmulo abierto de estrellas fue descubierto por Paris Pismis, la primera astrónoma profesional en México. Realizo el trabajo en el observatorio Astronómico Nacional de Tonanzintla y lo publico en 1959. Créditos: NASA, ESA y Jesús Maíz Apellániz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, España); Reconocimiento: Davide De Martin (ESA / Hubble)

Varias estrellas del cúmulo pesan más de 100 veces la masa del Sol. Las extrañas y maravillosas formas que adoptan las nubes de gas y polvo son resultado de la enorme cantidad de radiación brillante emitida por estas estrellas calientes y masivas. El gas y polvo de la nebulosa ocultan enormes estrellas recién nacidas y al mismo tiempo otorgan una apariencia brumosa y tremendamente bella a esta imagen.

¿Qué tan masiva puede ser una estrella normal? Las estimaciones realizadas a partir de la distancia, el brillo y los modelos solares estándar dieron a una estrella en el cúmulo abierto Pismis 24 un valor enorme de masas, la estrella llamada Pismis 24-1 tiene entre 100 a 120 veces la masa de nuestro Sol , lo que la convierte en la octava estrella más masivas conocida. Esta estrella es el objeto más brillante ubicado justo encima del frente de gas en la imagen anterior.

Toda estrella que supere las 25 masas solares se la denomina estrella masiva, hasta la actualidad estas son las 10 estrellas más masivas conocidas:

NombreOtra denominaciónMasa (MSol)
R136a1R136a1265
Estrella de la Nebulosa PeoníaWR 102ka150
Estrella PistolaV4647 Sagittarii150
LBV 1806-20130
HD 93129 A + BCPD-58 2618A:120, B:80
HD 93250HIP 52558118
A1 en NGC 3603NGC 3603 A1A:116, B:89
Pismis 24-1 A + BHD 319718A:100-120, B:100
Cúmulo ArchesMuchas estrellas: 100 a 130
S DoradusHD 35343100
Las 10 estrellas más masivas del la zona observable de nuestra galaxia.

Podemos hacer un zoom impresionante al cúmulo Pismis 24, viaje que nos hace ver la belleza del Universo.

Créditos: NASA, ESA y M. Kornmesser
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