jueves, octubre 25, 2018

Cómo pesar un agujero negro

Webb examinará el centro de la galaxia activa NGC 4151
Las galaxias y sus agujeros negros centrales y supermasivos están inextricablemente unidos. Ambos crecen al mismo tiempo por razones que aún no se comprenden. Para obtener nuevos conocimientos, Webb dirigirá su mirada infrarroja al centro de una galaxia cercana llamada NGC 4151, cuyo agujero negro supermasivo se está alimentando y brillando intensamente.
 Al medir los movimientos de las estrellas agrupadas alrededor del agujero negro y compararlas con los modelos de computadora, los astrónomos pueden determinar la masa del agujero negro. Esta medición desafiante probará las capacidades del instrumento innovador de Webb llamado unidad de campo integral. 


A primera vista, la galaxia NGC 4151 parece una espiral media. Sin embargo, examina su centro más de cerca, y puedes ver una mancha brillante que sobresale del brillo más suave que lo rodea. Ese punto de luz marca la ubicación de un agujero negro supermasivo que pesa aproximadamente 40 millones de veces más que nuestro Sol.
Los astrónomos usarán el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para medir la masa de ese agujero negro. El resultado puede parecer una pieza de trivia, pero su masa determina cómo un agujero negro se alimenta y afecta a la galaxia circundante. Y como la mayoría de las galaxias contienen un agujero negro supermasivo, aprender acerca de esta galaxia cercana mejorará nuestra comprensión de muchas galaxias en todo el cosmos.
“Algunas preguntas centrales en astrofísica son: cómo crece el agujero negro central de una galaxia con el tiempo; ¿Cómo crece la galaxia con el tiempo? ¿Y cómo se afectan unos a otros? Este proyecto es un paso hacia la respuesta a esas preguntas”, explicó Misty Bentz, de la Universidad Estatal de Georgia en Atlanta, la principal investigadora del proyecto.
Probar el núcleo de una galaxia
Existen varios métodos para pesar agujeros negros supermasivos. Una técnica se basa en medir los movimientos de las estrellas en el núcleo de la galaxia. Cuanto más pesado sea el agujero negro, más rápido se moverán las estrellas cercanas bajo su influencia gravitatoria.
NGC 4151 representa un objetivo desafiante, porque contiene un agujero negro particularmente activo que se está alimentando vorazmente. Como resultado, el material que gira alrededor del agujero negro, conocido como un disco de acreción, brilla intensamente. La luz del disco de acreción amenaza con abrumar la luz más débil de las estrellas en la región.
"Con los espejos bellamente formados de Webb y la visión aguda, 'deberíamos poder acercarnos más al centro de la galaxia a pesar de que allí hay un disco de acreción realmente brillante", dijo Bentz.
El equipo espera poder investigar los 1.000 años luz centrales de NGC 4151, y poder resolver movimientos estelares en una escala de unos 15 años luz.
Mil espectros a la vez
Para lograr esta hazaña, el equipo utilizará la unidad de campo integral o IFU del espectrógrafo de nfrarrojo cercano ( NIRSpec ) de Webb . Será el primer IFU volado en el espacio, y tiene una capacidad única.
El IFU de Webb toma la luz de cada ubicación en una imagen y la divide en un espectro de arco iris. Para ello, emplea casi 100 espejos, cada uno de ellos elaborado con precisión a una forma específica, todo comprimido en un instrumento del tamaño de una caja de zapatos. Esos espejos cortan efectivamente un pequeño cuadrado del cielo en tiras, luego dispersan la luz de esas tiras espacialmente y en longitud de onda.
De esta manera, una sola imagen produce 1.000 espectros. Cada espectro les dice a los astrónomos no solo sobre los elementos que forman las estrellas y el gas en ese punto exacto del cielo, sino también sobre sus movimientos relativos.
A pesar de la exquisita resolución de Webb, el equipo no podrá medir los movimientos de las estrellas individuales. En su lugar, obtendrán información sobre grupos de estrellas muy cerca del centro de la galaxia. Luego aplicarán modelos de computadora para determinar el campo gravitatorio que afecta a las estrellas, que depende del tamaño del agujero negro.
“Nuestro código de computadora genera un montón de estrellas simuladas, decenas de miles de estrellas, imitando los movimientos de estrellas reales en la galaxia. Colocamos en una variedad de agujeros negros diferentes y vemos qué coincide mejor con las observaciones”, dijo Monica Valluri, de la Universidad de Michigan, co-investigadora del proyecto.
El resultado de esta técnica se comparará con un segundo que se centra en el gas en el centro de la galaxia, en lugar de las estrellas.
"Deberíamos obtener la misma respuesta, sin importar qué técnica usemos, si estamos viendo el mismo agujero negro", dijo Bentz. "NGC 4151 es uno de los mejores objetivos para hacer esa comparación".
Estas observaciones se tomarán como parte del programa de Ciencia de Lanzamiento Temprano Discrecional del Director . El programa DD-ERS proporciona tiempo para proyectos seleccionados que permiten a la comunidad astronómica aprender rápidamente la mejor manera de utilizar las capacidades de Webb, mientras que también proporciona una ciencia sólida.
El Telescopio Espacial James Webb será el observatorio de ciencia espacial más importante del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y los orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). 
Sobre el objeto
Nombre del objeto
NGC 4151
Descripción del objeto
Galaxia espiral con núcleo galáctico activo
Posición RA
12: 10: 32.6
Posición de diciembre
+39: 24: 21
Distancia
62 millones de años luz
Dimensiones
La imagen tiene 2.4 minutos de arco (aproximadamente 440,000 años luz)
Sobre los datos
Descripción de los datos
Las observaciones del HST incluyen las de los programas 13765 (B. Peterson)
Instrumento
WFC3 / UVIS
Fechas de exposición
07 dic 2015 - 18 feb 2016
Filtros
F350LP, F555W, F814W
Sobre la imagen
Información de color
Estas imágenes son un compuesto de exposiciones separadas adquiridas por los instrumentos WFC3 en el Telescopio Espacial Hubble. Se usaron varios filtros para muestrear rangos de longitud de onda estrechos. El color resulta de asignar diferentes tonos (colores) a cada imagen monocromática (escala de grises) asociada con un filtro individual. En este caso, los colores asignados son: Luminosidad: F350LP Cian: F555W Naranja: F814W

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