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.
En el centro de la mayoría de las galaxias nos encontramos con agujeros negros supermasivoscon masas del orden de millones a miles de millones de veces la del nuestra estrella, el Sol. Por ejemplo, en el corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se encuentra Sagitario A *, que tiene un tamaño de aproximadamente 4,5 millones de masas solares.
Actualmente hay varios agujeros negro supermasivos o más bien ultramasivos, como por ejemplo, el agujero negro que alimenta el quásar TON 618 , tiene una masa de 66 mil millones de masas solares y se estima que TON 618 se encuentra a más de 10 mil millones de años luz de distancia en la constelación de Canes Venatici. El agujero negro tiene un radio de 1300 UA (1 unidad astronómica = 150 millones de km, la distancia del Sol a la Tierra), lo que lo hace más grande que nuestro sistema solar (La distancia de Plutón al sol es de aproximadamente 39,5 UA).
Comparación de TON 618 con Sagitario A
El enorme volumen de TON 618 llevó a los científicos a especular si existen o no agujeros negros aún más grandes, y si existe algún límite superior para sus tamaños. De momento no sabemos cómo se forman y crecen estos agujeros negros supermasivos o ultramasivos. Pero TON 618 no es el más grande conocido, se ha descubierto otra bestia galáctica aun más espectacular, se trata de SDSS J140821.67 + 025733.2 * , el agujero negro más grande actual del Universo , con 196 mil millones de solares. masas, casi 3 veces más, aunque este agujero negro es tan primitivo y se tienen tan pocos datos que aún está en estudio.
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.
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…
Dos detectores en Europa y EE UU han descubierto la colisión de dos agujeros negros más potente jamás observada, creando una onda gravitacional que está siendo estudiada por la peculariedad de los objetos que la han producido.
Interpretación artística de la fusión del sistema binario de dos agujeros negros responsable de la señal de ondas gravitacionales GW190521. El espacio-tiempo, representado por un tejido en el que una imagen del cosmos está impresa, es distorsionado por la señal GW190521. Los mini-grids turquesa y naranja representan los efectos de arrastre producidos por cada uno de los agujeros negros en la rotación. Las flechas coloreadas indican los ejes de rotación (o «espines») estimados de los agujeros negros correspondientes. El fondo sugiere un cúmulo estelar, uno de los posibles entornos en donde GW190521 podría haber tenido lugar. Créditos de la imagen / animación: Raúl Rubio / Virgo Valencia Group / The Virgo Collaboration.
Hace 7.000 millones de años, mucho antes de la formación del sistema solar y a una distancia de 17 mil millones de años luz, dos impresionantes agujeros negros, de 66 y 85 masas solares, se fusionaron en un nuevo agujero negro masivo, de alrededor de 142 masas solares. Tanto los componentes primarios como el remanente están en un rango de masa más alto de lo que se ha observado hasta la fecha, y el agujero negro resultante es el agujero negro más masivo jamás detectado con ondas gravitacionales. El sistema binario masivo ha sido bautizado como GW190521, desde que se percibió el evento de ondas gravitacionales el 21 de mayo de 2019. La señal, que se asemeja a unos cuatro movimientos cortos, es de duración extremadamente breve, menos de una décima de segundo. Por lo que los investigadores pueden decir, GW190521 fue generado por una fuente que se encuentra aproximadamente a 5 gigaparsecs de distancia, cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad, lo que lo convierte en una de las fuentes de ondas gravitacionales más distantes detectadas hasta ahora.
Fundamentalmente, el agujero negro restante es de masa intermedia, y esto está relacionado con uno de los acertijos más fascinantes y complejos de la astrofísica y la cosmología: el origen de los agujeros negros supermasivos. Estos monstruos gigantes, de millones a miles de millones de veces más masivos que el Sol y a menudo en el centro de las galaxias, podrían surgir de la fusión de agujeros negros de masa intermedia más pequeños.
Hasta la fecha, se han identificado muy pocos de estos candidatos únicamente a través de observaciones electromagnéticas y esta es la primera observación a través de ondas gravitacionales. Además, el rango de 100 a 1000 masas solares ha representado durante muchos años un desierto de agujeros negros.
Uno de los misterios del nuevo hallazgo es el origen de los dos agujeros negros principales ya que si surgieron del colapso de estrellas, están en un rango de masa en el que su presencia se considera, en teoría, imposible. Si pueden conocerlo y comprenderlo, podrían descubrir cuál es el origen de los agujeros negros supermasivos, uno de los misterios más complejos de la astrofísica y la cosmología.
Sin embargo, el último agujero negro de 142 masas solares producido por la fusión GW190521 se encuentra dentro de un rango de masa intermedio entre los agujeros negros de masa estelar y supermasivos, el primero de su tipo jamás detectado.
Los dos agujeros negros progenitores que produjeron el agujero negro final también parecen ser únicos en su tamaño. Son tan masivos que los científicos sospechan que uno o ambos pueden no haberse formado a partir de una estrella que colapsa, como ocurre con la mayoría de los agujeros negros de masa estelar.
Se sabe que los agujeros negros con masas entre 65 y 120 veces la masa del Sol no pueden haberse formado después del colapso de una estrella. A través de un fenómeno conocido como “inestabilidad de pares”, cuando las estrellas explotan con estas masas, solo dejan una nube de gas y polvo cósmico, “imposibilitando” la formación de agujeros negros de estas dimensiones. Por lo tanto, la comunidad astrofísica no esperaría observar ningún agujero negro en este rango de masas solares, entre aproximadamente 60 y 120. Ese es exactamente el rango de masas en el que se encuentra el componente más masivo de GW190521 (66 y 85 masas solares).
¿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 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:
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.
Las ondas gravitacionales están acaparando con fervor y entusiasmo a la comunidad científica, después del premio nobel a la detección de estas ondas se produjo en 2017 otra observación, está aún más espectacular pues se han detectado las ondas gravitacionales y la luz en forma de estallido de rayos gamma del evento que las provocó, nada más y nada menos que la fusión de dos estrellas de neutrones, abriendo un nuevo camino en la astrofísica.
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