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Descubierto un agujero negro enorme muy cerca de la Tierra

Se ha descubierto un agujero negro mostruoso con unas 12 veces la masa del Sol, y muy cerca de nuestro sistema solar, tan «solo» a 1.550 años luz. Este agujero negro lo orbita una estrella muy parecida a nuestro Sol.

Posición del agujero negro. Créditos: Sloan Digital Sky Survey / S. Chakrabart et al.

Los agujeros negros se consideran exóticos porque, aunque las estrellas y otros objetos cercanos sienten claramente su fuerza gravitacional, ninguna luz puede escapar de un agujero negro, por lo que no se pueden ver de la misma manera que las estrellas visibles, pero sí podemos detectar su presencia. En algunos casos, como en el caso de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias, pueden impulsar la formación y evolución de galaxias. También en algunos casos tienen un disco de material a su alrededor que se ilumina por la alta rotación del material que emite una radiación enorme. Pero en este caso ha sido diferente, es una agujero negro enorme, muy callado y orbitado por una estrella parecida al Sol.

Para encontrar el agujero negro se analizaron datos de casi 200 000 estrellas binarias obtenidos por la misión del satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea. La atracción del agujero negro sobre su estrella compañera se puede determinar a partir de estas medidas espectroscópicas, que nos dan una velocidad en la línea de visión debido a un efecto Doppler.  Un efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de una onda en relación con un observador, como el tono del sonido de una sirena cambia cuando pasa una ambulancia.

Al analizar las velocidades en la línea de visión de la estrella visible, y esta estrella visible es similar a nuestro propio sol, podemos inferir qué tan masivo es el compañero del agujero negro, así como el período de rotación y qué tan excéntrica es la órbita. Estas medidas espectroscópicas confirmaron de forma independiente la solución de Gaia que también indicó que este sistema binario está compuesto por una estrella visible que orbita un objeto muy masivo, un agujero negro…

Para saber más:

Presentación de investigación de Astrophysical Journal , cuyo autor principal es el Dr. Sukanya Chakrabarti, profesor de física en la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH).

Un espectacular vídeo en 360º sumerge a los espectadores en una impresionante simulación del centro de nuestra galaxia

La visualización fue realizada con datos del telescopio espacial Chandra y otros telescopios permitiendo a los espectadores la exploración de esta región desde diversos puntos de vista.

Créditos: Observatorio rayos x Chandra

Desde el punto de vista del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, llamado Sagitario A (Sgr A*), se pueden observar alrededor de 25 estrellas Wolf-Rayet (objetos blancos centelleantes) mientras expulsa continuamente vientos estelares (escala de color negro a rojo a amarillo). Estos vientos chocan entre sí, y luego parte de este material (manchas amarillas) gira en espiral hacia Sgr A*. El vídeo muestra dos simulaciones, cada una de las cuales comienza alrededor de 350 años en el pasado y abarca 500 años. La primera simulación muestra al agujero supermasivo en estado de calma, mientras que la segunda lo muestra más violento y expulsando material.

Aprovechamos para que en esta misma entrada veáis la primera imagen de este agujero negro:

La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

Imagen de Sagitario A* el agujero negro del centro de nuestra galaxia. Créditos; EHT

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura similar a un anillo brillante. La nueva vista captura la luz desviada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol.

Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el centro de nuestra galaxia y puede ofrecer nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno.

 Para obtener esta imagen, el equipo creó el poderoso EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El EHT observó a Sgr A* en varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.

El avance sigue al lanzamiento de la colaboración EHT en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87* en el centro de la galaxia Messier 87 más distante.

Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87*. Son dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven increíblemente similares. Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea los agujeros negros.

Este logro fue considerablemente más difícil que para M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros, lo que ocurre es que el gas en las cercanías de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad: casi tan rápido como la luz, alrededor de Sgr A* y M87*. Pero donde el gas tarda de días a semanas en orbitar el M87* más grande, en el Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en menos minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, un poco como tratar de tomar una imagen clara de alguien que no para de moverse.

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que explicaran el movimiento de gas alrededor de Sgr A*. Si bien M87* era un objetivo más fácil y estable, con casi todas las imágenes con el mismo aspecto, ese no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que extrajo el equipo, revelando finalmente al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

Los científicos están particularmente emocionados de tener finalmente imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de comprender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias

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Para saber más:

La impresionante primera imagen del agujero negro de nuestra galaxia

Los astrónomos conseguido la primera imagen del agujero negro supermasivo que hay en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

Imagen de Sagitario A* el agujero negro del centro de nuestra galaxia. Créditos; EHT

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura similar a un anillo brillante. La nueva vista captura la luz desviada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol.

Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el centro de nuestra galaxia y puede ofrecer nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno.

 Para obtener esta imagen, el equipo creó el poderoso EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El EHT observó a Sgr A* en varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.

El avance sigue al lanzamiento de la colaboración EHT en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87* en el centro de la galaxia Messier 87 más distante.

Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87*. Son dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven increíblemente similares. Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea los agujeros negros.

Este logro fue considerablemente más difícil que para M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros, lo que ocurre es que el gas en las cercanías de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad: casi tan rápido como la luz, alrededor de Sgr A* y M87*. Pero donde el gas tarda de días a semanas en orbitar el M87* más grande, en el Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en menos minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, un poco como tratar de tomar una imagen clara de alguien que no para de moverse.

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que explicaran el movimiento de gas alrededor de Sgr A*. Si bien M87* era un objetivo más fácil y estable, con casi todas las imágenes con el mismo aspecto, ese no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que extrajo el equipo, revelando finalmente al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

Los científicos están particularmente emocionados de tener finalmente imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de comprender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias

Para saber más:

Se detecta por primera vez a un agujero negro tragándose una estrella de neutrones

El impresionante evento de un agujero negro tragándose a una estrella de neutrones se han convertido en un nuevo y espectacular cataclismo estelar detectado por primera vez. Los astrofísicos han observado decenas de fusiones de pares de agujeros negros y varias fusiones de pares de estrellas de neutrones. Pero un choque entre un agujero negro y una estrella de neutrones no se había detectado hasta la fecha. Ahora, los investigadores han observado las ondas gravitacionales causadas por tal colosal colisión.

Las dos nuevas detecciones se produjeron en enero de 2020, con tan solo 10 días de diferencia, las colisiones se conocen como GW200105 y GW200115 por las fechas en las que se observaron. Una fue detectada por los dos detectores gemelos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) y el detector Virgo similar de Europa, el otro solo por uno de los detectores LIGO y Virgo.

GW200115 fue muy bien detectada y observada por las tres instalaciones. Los científicos creen se produjo por un agujero negro de casi seis veces la masa de nuestro sol devorando una estrella de neutrones con una masa la mitad de la de nuestro sol, y que la fusión tuvo lugar entre 650 millones y 1,5 mil millones de años luz de distancia.

GW200105 no se detectó de manera tan clara, pero los científicos sospechan que fue una fusión entre un agujero negro de aproximadamente nueve veces la masa del sol y una estrella de neutrones aproximadamente dos veces más masiva que el sol a unos 550 millones y 1.300 millones de años luz de distancia.

Agujero negro y estrella de neutrones

Los científicos aún no están seguros de si estas fusiones mixtas crean una señal de luz visible (como parecen hacer los pares de estrellas de neutrones que se fusionan ) o no (como en el caso de las fusiones binarias de agujeros negros). Los astrónomos no pudieron igualar ninguna de estas nuevas detecciones de ondas gravitacionales con observaciones de ondas de luz, pero eso no significa necesariamente que no haya tal destello correspondiente. 

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Las Ondas gravitacionales fueron predichas por el físico Albert Einstein en 1916, como consecuencia de su teoría de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio – tiempo producidas por un cuerpo masivo acelerado, son acontecimientos muy violentos en el universo distante, por ejemplo, por la colisión de dos agujeros negros o por explosiones de supernovas .

ondulaciones espacio tiempo
Ondulaciones del espacio tiempo

Ondulaciones en el espacio-tiempo generadas por las estrellas de órbitas muy rápidas (estrellas de neutrones, enanas blancas o agujeros negros). ver animación

En la teoría de Einstein de la relatividad general,la gravedad es tratada como un fenómeno resultante de la curvatura del espacio-tiempo. Esta curvatura es causada por la presencia de masa. Generalmente, cuanto más masa esté contenida dentro de un volumen determinado del espacio, mayor es la curvatura del espacio-tiempo en el límite de este volumen.  Como objetos con masa se mueven en el espacio-tiempo, la curvatura cambia para reflejar las distintas ubicaciones de esos objetos. En ciertas ocasiones, los objetos muy acelerados generan cambios en esta curvatura, que se propagan hacia el exterior a la velocidad de la luz en una forma de onda. Estos fenómenos de propagación son conocidos como ondas gravitacionales.

Estas ondulaciones en el tejido espacio-temporal puede  llevar información acerca de sus violentos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede ser obtenida por otras herramientas astronómicas. La influencia de las emisiones de ondas gravitacionales en los sistemas de púlsar binario (dos estrellas de neutrones orbitando entre sí) se han medido con precisión y está en excelente acuerdo con las predicciones:

ondas gravitacionles

En 1993, los científicos Russell Hulse y Joseph Taylor recibieron el Premio Nobel por este trabajo (realizado en los años 70 y 80).
Por fin un proyecto científico las ha detectado, el proyecto LIGO (Estados Unidos), que han sido premio novel.

Fue el Premio Nobel de Física 2017 que fue otorgado para los físicos: Raider Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne, por la primera observación experimental directa de las ondas gravitacionales. Fue el 14 de septiembre de 2015 cuando se observaron estas ondas tan especiales, de las cuales Albert Einstein ya había predicho su existencia 100 años antes. Los tres investigadores fueron los artífices de la cooperación internacional que permitió la implementación de los instrumentos Ligo y Virgo.

Las ondas gravitatorias tienen propiedades muy importantes y únicas. Una de las más importantes es que las ondas gravitatorias pueden pasar a través de cualquier medio sin ser dispersada de manera significativa. Mientras que, por ejemplo, la luz de las estrellas distantes pueden ser bloqueados por el polvo interestelar las ondas gravitacionales pasarán sin impedimentos.Estas características permiten a las ondas gravitacionales llevar información sobre fenómenos astronómicos nunca antes observadas por los seres humanos. Por lo tanto se nos abre un camino increíble en el estudio del Cosmos.

Para saber más:

Artículo del descubrimiento: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac082e#apjlac082es6

Recomendación:

Nuestro primer libro de astronomía: «Curiosidades Astronómicas» en el que entre muchos temas hablamos también de las ondas gravitacionales.

Libro «Curiosidades Astronómicas»
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Acercándose al corazón de M87 para ver una nueva vista de su agujero negro

En el vídeo que podéis ver a continuación se hace un tremendo zoom que comienza con una vista del telescopio ALMA, que forma parte del Event Horizon Telescope, hacia el corazón de la galaxia M87, mostrando sucesivamente observaciones más detalladas. Al final del video, vemos la primera imagen de un agujero negro, lanzada por primera vez en 2019, seguida de una nueva imagen lanzada en 2021 en la que se ve este objeto supermasivo en luz polarizada. Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir la polarización, una firma de campos magnéticos, tan cerca del borde de un agujero negro.

Créditos: ESO/L. Calçada, Digitized Sky Survey 2, ESA/Hubble, RadioAstron, De Gasperin et al., Kim et al., EHT Collaboration. Music: Niklas Falcke

Los agujeros negros están envueltos en plasma. Este plasma tiene campos magnéticos, áreas donde el magnetismo afecta la forma en que se mueve la materia, entretejidos. A medida que el campo magnético se hace más fuerte, cambia de forma y la luz polarizada exhibe diferentes patrones.

La luz es una onda electromagnética oscilante. Si las ondas tienen una dirección de oscilación preferida, están polarizadas. En el espacio, el gas caliente en movimiento, o «plasma», enhebrado por un campo magnético, emite luz polarizada.   Los rayos de luz polarizados que logran escapar de la atracción del agujero negro han sido por fin observados. La intensidad de los rayos de luz y su dirección es lo que observamos con el Event Horizon Telescope.

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