Enigma de rotación de agujero negro

Dos observatorios del espacio de rayos X, el Conjunto Imponente Espectroscópico Nuclear del Telescopio de la NASA (NuSTAR) y XMM-NEWTON de la Agencia Europea del Espacio, han formado en equipo con el fin de medir definitivamente, por primera vez, la tasa de giro de un agujero negro con una masa 2 millones de veces que de nuestro sol.

El agujero negro Supermasivo está en el polvo y corazón llenado en gas de una galaxia llamada NGC 1365, y está dando vueltas casi tan rápido como la teoría de gravedad de Einstein le permitirá. Los descubrimientos, que aparecen en un nuevo estudio en la Naturaleza de la publicación, determinación un debate de mucho tiempo atrás acerca de medidas similares en otros agujeros negros y conducirán a una mejor comprensión de qué tan negro los huecos y las galaxias evolucionan.
"Esto es enormemente importante al campo de ciencia del agujero negro," dijo Lou Kaluzienski, un científico de programa NuSTAR en Centro de Operaciones de la NASA en Washington.
Las observaciones también son una prueba poderosa de la teoría de Einstein de relatividad general, que dice que la gravedad puede doblar espacio tiempo, la tela que moldea nuestro universo, y la luz que viaja a través de eso.
"Podemos rastrear materia como forma remolinos en un agujero negro usando rayos x emitidos de regiones muy cerca para el agujero negro," dijo el coautor de un nuevo estudio, investigadora principal NuSTAR Fiona Harrison del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. "La radiación que vemos es alabeada y deformada por las mociones de partículas y la gravedad increíblemente fuerte del agujero negro.
NuSTAR, una misión de Explorer-Class se lanzó en el junio del 2012, es diseñado para detectar la energía más alta radiografiada de luz con todo lujo de detalles. Complementa telescopios que observan energía más baja radiografiada de luz, como XMM-NEWTON y el Observatorio De Rayos X Chandra de NASA. Los científicos usan estos y otros telescopios para estimar que las tasas a lo cual boicotean giro de huecos.
Hasta ahora, estas medidas no fueron ciertas porque las nubes de gas pudieron haber obscurecido los agujeros negros y confundiendo los resultados. Con ayuda de XMM-NEWTON, NuSTAR pudo ver una fuente más ancha de energías de rayos X y penetra más profundo en la región alrededor del agujero negro. Los nuevos datos demuestran que los rayos X no están siendo alabeados por las nubes, sino por la tremenda gravedad del agujero negro. Esto prueba que las tasas de giro de agujeros negros Supermasivos pueden ser determinadas concluyentemente.
"Si le pude haber añadido un instrumento a XMM-NEWTON, habría sido un telescopio como NuSTAR", dijo Norbert Schartel, XMM-NEWTON Científico del Projecto en el Centro Europeo de Astronomía del Espacio en Madrid. "Los rayos X de alta energía proveyeron un pedazo perdido esencial de acertijo para solucionar este problema".

Los científicos miden las velocidades de giro de los agujeros negros supermasivos mediante la difusión de la luz de rayos X en diferentes colores. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Medir el giro de un agujero negro Supermasivo es básico para comprender su historia vieja y eso de su galaxia anfitriona.
"Estos monstruos, con multitudes de millones para los billones de por eso del sol, son forjados como semillas pequeñas en los inicios de universo y crecen tragándose estrellas y gas en sus galaxias anfitrionas, anexándose con otros" agujeros negros "gigantes cuando las galaxias colisionan, o ambos," dijeron el escritor principal del estudio, Guido Risaliti del Centro Smithsoniano en Harvard para la Astrofísica en Cambridge, Masa, y el Instituto Nacional Italiano para la Astrofísica.
Supermasivos agujeros negros están rodeados por discos de acreción como panqueques, formada cuando su gravedad atrae la materia hacia el interior. La teoría de Einstein predice que cuanto más rápido gira un agujero negro, mientras más cerca se encuentra el disco de acreción del agujero negro. Cuanto más cerca del disco de acreción es decir, más de la gravedad del agujero negro se deformará la luz de rayos X de streaming desde el disco.
Los astrónomos buscan estos efectos deformación mediante el análisis de rayos X de la luz emitida por el hierro que circula en el disco de acreción. En el nuevo estudio, que utiliza tanto XMM-Newton y NuSTAR para observar simultáneamente el agujero negro en NGC 1365. Mientras XMM-Newton reveló que la luz de la plancha estaba siendo deformado, NuSTAR demostrado que esta distorsión venía de la gravedad del agujero negro y no de las nubes de gas en la vecindad. Mayor energía NuStar de datos de rayos X mostró que el hierro estaba tan cerca del agujero negro que su gravedad debe ser la causa de los efectos de deformación.
Con la posibilidad de nubes que oscurecen descartada, los científicos pueden ahora utilizar las distorsiones en la firma de hierro para medir la frecuencia del giro del agujero negro. Los hallazgos se aplican a varios agujeros negros también, eliminando la incertidumbre en las tasas de rotación previamente medidos.

Cómo medir el giro de un Agujero Negro
Los agujeros negros son objetos enormes, cuya inmensa gravedad puede distorsionar y retorcer el espacio-tiempo, el tejido que da forma a nuestro universo. Estos efectos, consecuencias de la teoría general de la relatividad de Einstein, dar lugar a la desviación de la luz a medida que viaja a través del espacio-tiempo. Mediante la búsqueda de estas distorsiones de luz en rayos X de transmisión de material cerca de los agujeros negros, los investigadores pueden obtener información sobre sus tasas de spin.
Este gráfico ilustra el modelo básico para la determinación de las velocidades de rotación de los agujeros negros. Conceptos del artista para tres representan los diferentes tipos de giro: rotación retrógrada, donde el disco de materia que cae en el agujero, llamado disco de acreción, se mueve en la dirección opuesta del agujero negro; espín no, y rotación progrado, donde el disco gira en la misma dirección que el agujero negro.
Cuanto más rápido gira un agujero negro, más cerca de su disco de acreción puede mentir a ella - otra de las consecuencias de la teoría de Einstein de la relatividad.
Los científicos evaluar qué tan cerca del borde interior de un disco de acreción trata de un agujero negro rompiendo la luz de rayos X en un espectro de colores diferentes, o energías. Los espectros resultantes para los tres escenarios de espín se muestra a la derecha. El pico es fuerte radiación de rayos X de los átomos de hierro que circulan en el disco de acreción. Si el disco de acreción está cerca del agujero negro, como es el caso de la última fila, los colores de rayos X del hierro se extendió a cabo por la inmensa gravedad del agujero negro. El grado en que la función de hierro hacia fuera, un fenómeno que se conoce como el "ala roja", revela cuán cerca está el disco de acreción es el agujero negro. Debido a que esta distancia depende del giro del agujero negro, la velocidad de rotación se puede determinar.
Antes de las observaciones con Nuclear de la NASA Telescope Array espectroscópica (NuSTAR), que capta la radiación de rayos X de energía a partir de la 3-79 kiloelectron voltios (keV) gama, este modelo sigue siendo incierta. Junto con el telescopio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, que ve la luz de rayos X en el intervalo de 0,1 a 10 keV, los observatorios fueron capaces de demostrar que el modelo es correcto. Sus datos descartó la posibilidad de que la función de hierro sólo aparece distorsionado como consecuencia de las nubes de absorción, y no efectos gravitacionales.

Crédito: NASA / JPL-Caltech

Referencia: NASA