Dos nuevos trabajos de investigación nos permiten acercarnos al espacio cercano al horizonte de eventos y formar imágenes de eventos en la región donde se encuentran las órbitas estables más cercanas al agujero negro. Los autores de ambos estudios analizan las emisiones periódicas que ocurren cuando la materia negra comienza a absorber materia nueva.
Los propios agujeros negros absorben toda la luz fuera de su horizonte de eventos, y el espacio fuera de dicho horizonte de eventos generalmente emite esa luz en grandes cantidades. Esto se debe al hecho de que la materia que cae en un agujero negro tiene una enorme carga de energía. Pierde torque y choca contra otra materia en órbita alrededor del agujero negro. Por lo tanto, aunque no podemos obtener una imagen del agujero negro directamente, podemos sacar algunas conclusiones sobre sus propiedades utilizando la luz del entorno que crea.
Esta semana se han publicado dos trabajos de investigación que nos permiten acercarnos al espacio cerca del horizonte de eventos e imágenes de eventos en la región de las órbitas estables más cercanas al agujero negro. Los autores de uno de estos artículos llegaron a la siguiente conclusión: un agujero negro supermasivo gira tan rápido que un punto de su superficie se mueve a una velocidad igual a aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz.
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Resplandor eco
Los autores de ambos estudios analizan las emisiones periódicas que ocurren cuando la materia negra comienza a absorber materia nueva. Esta sustancia se canaliza al interior del agujero a través de una estructura plana centrada en un agujero negro. Esta estructura se llama disco de acreción. A medida que aparece materia nueva, el disco se calienta, haciendo que el agujero negro sea más brillante. Debido a esto, se producen cambios en el espacio circundante. Los autores de ambos estudios están buscando una respuesta a la pregunta de qué nos pueden decir estos cambios sobre el agujero negro y el espacio en sus alrededores.
En uno de estos artículos, la atención de los científicos se centra en un agujero negro con masa estelar, que es 10 veces la masa del Sol. En respuesta a la entrada de materia, una de estas estrellas creó un evento transitorio llamado MAXI J1820 + 070. Recibió su nombre del instrumento MAXI en la ISS, que está diseñado para realizar observaciones astronómicas en el rango de rayos X. Tras el descubrimiento de este evento, fue posible realizar nuevas observaciones utilizando el equipo de la ISS llamado NICER, que examina la composición interna de las estrellas de neutrones. Este equipo puede realizar mediciones muy rápidas de rayos X emitidos por fuentes astronómicas, lo que le permite monitorear de manera efectiva los cambios a corto plazo en un objeto.
En este caso, se utilizó el instrumento NICER para analizar el "eco de luz". El caso es que, además del disco de acreción, los agujeros negros tienen una corona, que es una burbuja de materia cargada energéticamente ubicada arriba y debajo del plano del disco. Esta corona en sí emite rayos X que se pueden detectar con instrumentos. Pero estos rayos X también impactan en el disco de acreción y algunos de ellos se reflejan en nuestra dirección. Un eco tan ligero puede decirnos algunos detalles sobre el disco de acreción.
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Resolviendo el misterio
En este caso, el eco de luz ayudó a resolver el rompecabezas. Las imágenes tomadas de agujeros negros superdensos en el centro de las galaxias indican que el disco de acreción se ha extendido a lo largo de la órbita estable más cercana al agujero negro. Sin embargo, las mediciones de los agujeros negros de masa estelar indican que los bordes del disco de acreción están mucho más lejos. Dado que es poco probable que las propiedades físicas cambien con el tamaño, estas medidas han desconcertado un poco a los científicos.
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Un nuevo análisis muestra que hay propiedades variables y constantes en los rayos X MAXI J1820 + 070. Las propiedades constantes indican que el disco de acreción que crea el eco no cambia su ubicación en absoluto. Y las propiedades variables indican que cuando un agujero negro devora materia, su corona se vuelve más compacta y, por tanto, la fuente de rayos X se desplaza. Los detalles de la señal constante indican que el disco de acreción está mucho más cerca del agujero negro. Gracias a esto, las nuevas medidas coinciden plenamente con lo que sabemos sobre las versiones superdensas de los agujeros negros.
Muerte de una estrella
En el territorio superdenso se encuentra el objeto ASASSN-14li, descubierto durante la exploración automática de supernovas. Este objeto tenía propiedades que se encuentran comúnmente en un evento llamado interrupción de las mareas. Durante tal evento, el agujero negro, por la fuerza de su gravedad, desgarra una estrella que está demasiado cerca de él. Sin embargo, observaciones posteriores mostraron que esta señal tiene una estructura bastante extraña. Cada 130 segundos, dio una ráfaga por un corto tiempo.
Esta señal no fue muy diferente al fondo en el que se produjo la destrucción de la estrella, pero fue detectada por tres instrumentos diferentes, lo que indica que algo está sucediendo periódicamente. La explicación más simple es que parte de la estrella entró en órbita alrededor del agujero negro. La frecuencia de tales órbitas depende de la masa y la velocidad de rotación del agujero negro, así como de la distancia entre el agujero negro y el objeto que orbita a su alrededor. De otras formas, la rotación de un agujero negro es difícil de medir y, por lo tanto, los científicos reproducen simulaciones muchas veces, probando varias configuraciones del sistema de agujeros negros.
La masa de un agujero negro se determina en función del tamaño de la galaxia en la que se encuentra. Existe una relación simple entre la velocidad de rotación y la distancia orbital: cuanto más cerca está algo así del agujero negro, más lento gira el agujero negro para que el objeto se mueva en órbita a la misma velocidad. Por lo tanto, al calcular la órbita más cercana posible, los científicos pudieron determinar el valor mínimo de la velocidad de rotación.
Los cálculos realizados indican que el agujero negro gira al menos a tal velocidad que un punto de su superficie se mueve a la mitad de la velocidad de la luz. (Para darle una idea más completa, debe decirse que los agujeros negros superdensos pueden ser tan grandes que tienen el mismo radio que la órbita de Saturno o Neptuno). Si la materia orbita un poco más lejos del centro, entonces también puede hacerlo el agujero negro. acelera su rotación.
Todavía no podemos obtener imágenes de los agujeros negros directamente, pero los estudios han demostrado que en ellos ocurren numerosos eventos, lo que puede darnos muchos datos sobre su comportamiento en el Universo. Y esto nos permite sacar ciertas conclusiones sobre las propiedades de los propios agujeros negros, así como sobre la materia que espera entre bastidores para meterse en ellos. También estamos empezando a obtener información de las observaciones de ondas gravitacionales que nos da una idea de la masa y la rotación de los agujeros negros en colisión. En conjunto, estos datos eliminan un halo de oscuridad de los agujeros negros y ya no son un territorio inexplorado para nosotros.
John Timmer
