Astrónomos mapean los alrededores de un agujero negro supermasivo


A medida que el material gira en espiral hacia un agujero negro, se calienta y emite rayos X que, a su vez, hacen eco y reverberan a medida que interactúan con el gas cercano. Estas regiones del espacio están muy distorsionadas y deformadas debido a la naturaleza extrema y la gravedad aplastante del agujero negro.

Ahora, un equipo de astrónomos y astrofísicos ha utilizado el XMM-Newton, un observatorio de rayos X de la Agencia Espacial Europea, para rastrear estos ecos de luz y mapear los alrededores del agujero negro en el centro de una galaxia activa llamada IRAS 13224-3809.

La Galaxia
IRAS 13224-3809 es una galaxia Seyfert 1 altamente activa y fluctuante (cambiante) en la constelación de Centaurus, ubicada a aproximadamente mil millones de años luz de la Tierra. La galaxia es notable debido a su agujero negro supermasivo ubicado en el centro, que los astrónomos estudian de cerca en un esfuerzo por comprender mejor el funcionamiento interno, incluida la masa y el espín de los agujeros negros.

Este agujero negro es una de las fuentes de rayos X más variables en nuestros cielos, experimentando fluctuaciones muy grandes y rápidas en el brillo de un factor de 50 en pocas horas.

"Todos están familiarizados con la forma en que el eco de su voz suena diferente cuando se habla en un salón de clases, en comparación con una catedral; esto se debe simplemente a la geometría y los materiales de las habitaciones, lo que hace que el sonido se comporte y rebote de manera diferente", dijo el Dr. William Alston, astrofísico de la Universidad de Cambridge.

"De manera similar, podemos observar cómo se propagan los ecos de la radiación de rayos X en las proximidades de un agujero negro para mapear la geometría de una región y el estado de un grupo de materia antes de que desaparezca en la singularidad. Es un poco como la ubicación del eco cósmico".


Estas ilustraciones muestran el entorno de un agujero negro que se alimenta de gas ambiental, según el mapa del XMM-Newton de la ESA. Como se muestra aquí; a medida que el material cae en el agujero negro, gira en espiral para formar un disco aplanado, calentándose mientras lo hace.

En el centro del disco, cerca del agujero negro, una región de electrones muy calientes, con temperaturas de alrededor de mil millones de grados, conocida como la corona, produce rayos X de alta energía que fluyen hacia el espacio. Los investigadores utilizaron los ecos reverberantes (retumbos) de esta radiación, como lo observó XMM-Newton, para mapear los alrededores de un agujero negro. Se centraron en el agujero negro en el núcleo de la galaxia activa IRAS 13224-3809.

Al rastrear los ecos de rayos X, fue posible rastrear el comportamiento dinámico de la corona en sí, de donde se origina la intensa emisión de rayos X. Aquí, la corona se muestra como la región brillante que se cierne sobre el agujero negro, cambiando de tamaño y brillo. Los investigadores encontraron que la corona del agujero negro dentro de IRAS 13224-3809 cambió de tamaño increíblemente rápido, en cuestión de días.

El estudio
Como la dinámica del gas que cae está fuertemente ligada a las propiedades del agujero negro que consume la materia, el Dr. William y sus colegas también pudieron determinar la masa y el giro del agujero negro supermasivo en IRAS 13224-3809, observando las propiedades de la materia en espiral hacia adentro del agujero negro.

El material en espiral forma un disco a medida que cae en el agujero negro. Sobre este disco se encuentra una región de electrones muy calientes, con temperaturas de alrededor de mil millones de grados, llamada corona.

Si bien los investigadores esperaban observar los ecos de reverberación que usaban para mapear la geometría de la región, también detectaron algo inesperado: la corona misma cambió de tamaño a una velocidad increíblemente rápida, en solo cuestión de días.

"A medida que cambia el tamaño de la corona, también lo hace el eco de la luz, un poco como si el techo de la catedral se moviera hacia arriba y hacia abajo, cambiando cómo suena el eco de su voz", dijo el Dr. William.

"Al rastrear los ecos de la luz, pudimos rastrear esta corona cambiante y, lo que es aún más emocionante, obtuvimos valores mucho mejores para la masa y el giro del agujero negro de lo que podríamos haber determinado si la corona no cambiara de tamaño".

"Sabemos que la masa del agujero negro no puede fluctuar, por lo que cualquier cambio en el eco debe deberse al entorno gaseoso".

Los científicos utilizaron la observación más extensa sobre un agujero negro acreciente tomada con el XMM-Newton, recopilada por más de 16 órbitas de sondas espaciales en 2011 y 2016 y totalizaron 2 millones de segundos, un poco más de 23 días.

Esto, combinado con la gran variabilidad a corto plazo del agujero negro en sí, permitió al equipo modelar los ecos de manera integral durante escalas de tiempo de un día.

Este artículo se basa en el texto proporcionado por la Agencia Espacial Europea.

Referencia del documento científico:
W.N. Alston et al. Una corona dinámica de agujero negro en una galaxia activa a través del mapeo de reverberación de rayos X. Nature Astronomy, publicado en línea el 20 de enero de 2020; doi: 10.1038 / s41550-019-1002-x

Publicar un comentario

0 Comentarios