Ann Arbor, Michigan.— Los astrónomos de la Universidad de Michigan han medido
directamente, por primera vez, la rotación de un agujero negro, enorme y distante.
Las conclusiones, que se publican en la versión de internet de la revista
Nature, proporcionan un conocimiento sobre cómo crecen con el tiempo estos agujeros negros y las galaxias que los albergan.
Se cree que los agujeros negros supermasivos acechan en el centro de la mayoría de las galaxias, si no en todas. Estos agujeros negros son millones, o miles de millones de veces más grandes que el Sol de nuestro sistema planetario y desempeñan un papel importante en la forma en que evolucionan las galaxias.
“La historia de crecimiento de un agujero negro supermasivo está codificada en su giro, de manera que los estudios de la rotación cotejada con el tiempo puede permitirnos el estudio de la co evolución de los agujeros negros y las galaxias anfitrionas”, dijo Mark Reynolds, un científico investigador asistente en astronomía del Colegio de Literatura, Artes y Ciencias de la Universidad de Michigan. Reynolds es co autor del estudio.
El “giro” se refiere tanto a la velocidad como a la dirección de rotación del agujero negro en relación con los gases que caen en él. Si bien los astrónomos por mucho tiempo han podido medir la masa de los agujeros negros, la determinación de su giro ha sido mucho más difícil. (Giro y masa son las dos características que los astrónomos usan para definir los agujeros negros”.
En la última década los científicos han encontrado métodos para calcular el giro desde varios miles de millones de años luz de distancia, pero sus métodos eran indirectos y dependían de presunciones.
“Lo que queremos es, para decirlo de alguna forma, eliminar el intermediario en la determinación del giro de los agujeros negros en todo el Universo”, dijo Rubens reis, un investigador
fellow doctorado en astronomía en la UM y autor primero del artículo.
Los investigadores pudieron hacer eso para el agujero negro que se encuentra en el centro del quásar conocido como RX J1131-1231 (ó RX J1131 para hacerlo más simple). Se encuentra a unos seis mil millones de años luz de la Tierra y tiene una existencia de unos 7.700 millones de años. Los quásar se cuentan entre los objetos más luminosos y energéticos del universo y están compuestos de la materia que cae dentro de los agujeros negros super enormes. Emiten energía y luz a varias longitudes de onda incluidas las visibles y de rayos X.
En circunstancias normales este quásar lejano sería demasiado tenue para el estudio. Pero los investigadores pudieron sacar ventaja de un efecto que es una especie de telescopio natural conocido como lente gravitacional y una alineación afortunada del quásar y una galaxia elíptica gigante para echar un vistazo más preciso. El lente gravitacional, pronosticado primero por Albert Einstein, ocurre cuando la gravedad de objetos masivos actúa como un lente que curva, distorsiona y magnifica la luz de objetos más distantes en su trayectoria.
“Como consecuencia de este gravitacional pudimos obtener una información muy detallada en el espectro de rayos X, esto es la cantidad de rayos X vista a energías diferentes procedentes de RX J1131”, dijo Reynolds. “Esto nos permitió lograr un valor muy preciso de la velocidad del giro de este agujero negro”.
Los investigadores amplificaron su señal de telescopio natural con ayuda del Observatorio Chandra de Rayos X, de la NASA y el telescopio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea para determinar que el agujero negro gira a casi la mitad de la velocidad de la luz. Los datos de rayos X permite que los científicos midan el radio del disco de materia que cae en el agujero negro y, a partir de ese radio, pueden determinar su velocidad de giro.
“Calculamos que los rayos X vienen de una región del disco localizada sólo a unas tres veces del radio del horizonte del evento, el punto de no retorno para la materia que cae en el agujero”, dijo John M. Miller, profesor asociado de astronomía en la UM y otro co autor del artículo. “El agujero negro debe estar girando extremadamente rápido para permitir que sobreviva un disco a un radio tan pequeño”.
La medición del giro de los agujeros negros distantes puede ayudar a que los investigadores disciernan si crecen mediante grandes fusiones o episodios más pequeños. Si crecen principalmente como resultado de la fusión de galaxias deberían alimentarse con un suministro sostenido de material nuevo de una dirección en los discos que los rodean, según indica un boletín de la NASA. Eso conduciría a un giro rápido.
Pero si crecen mediante muchos episodios pequeños, por ejemplo nubes de gas interestelar y estrellas que se aproximan demasiado y caen adentro, cabe esperar que acumulen materiales procedentes de direcciones al azar. Como una calesita empujada en una dirección y la opuesta esto haría que el agujero negro gire más lentamente, señalan los investigadores.
El descubrimiento de que el agujero negro RX J1131 gira a casi la mitad de la velocidad de la luz indica que ha crecido mediante fusiones.
“La capacidad de medir el giro de un agujero oscuro a lo largo de una amplia gama de tiempo cósmico haría posible estudiar directamente si el agujero negro evoluciona o no al ritmo con su galaxia anfitriona”, dijo Reid. “La medición del giro del agujero negro RX J1131-1231 es un gran paso en esa senda y demuestra una técnica para ensamblar una muestra de agujeros negros supermasivos y distantes con los observatorios de rayos X actuales”.
El artículo se titula , “Reflection from the strong gravity regime in a lensed quasar at redshift z=0.658”. La investigación tiene el apoyo de la NASA.
