Lo
que es especialmente intrigante es que el disco está tan profundamente
incrustado en el intenso campo gravitatorio del agujero negro, su luz se está
estirando e intensificando por el poderoso agarre del agujero negro. Es
una demostración única y real de las leyes de la relatividad de Einstein,
formulada hace un siglo.
El
material del reloj del Hubble girando alrededor del agujero negro moviéndose a
más del 10% de la velocidad de la luz. Y, los astrónomos de gas medidos
están tan arraigados en el pozo gravitacional que la luz está luchando para
salir, y por lo tanto parece estirada a longitudes de onda más rojas.
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| Agujero negro central en NGC 3147 |
Como
si los agujeros negros no fueran lo suficientemente misteriosos, los astrónomos
que usan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han encontrado un inesperado
disco delgado de material que gira furiosamente alrededor de un agujero negro
súper masivo en el corazón de la magnífica galaxia espiral NGC 3147, ubicada a
130 millones de años luz.
El enigma es que el disco no debería estar allí, según las teorías astronómicas actuales. Sin embargo, la presencia inesperada de un disco tan cerca de un agujero negro ofrece una oportunidad única para probar las teorías de la relatividad de Albert Einstein. La relatividad general describe la gravedad como la curvatura del espacio y la relatividad especial describe la relación entre el tiempo y el espacio.
El enigma es que el disco no debería estar allí, según las teorías astronómicas actuales. Sin embargo, la presencia inesperada de un disco tan cerca de un agujero negro ofrece una oportunidad única para probar las teorías de la relatividad de Albert Einstein. La relatividad general describe la gravedad como la curvatura del espacio y la relatividad especial describe la relación entre el tiempo y el espacio.
"Nunca
hemos visto los efectos de la relatividad general y especial en la luz visible
con tanta claridad", dijo Marco Chiaberge, de la Agencia Espacial Europea,
y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y la Universidad Johns
Hopkins, ambos en Baltimore, Maryland, Miembro del equipo que realizó el
estudio del Hubble.
"Este
es un vistazo intrigante a un disco muy cerca de un agujero negro, tan cerca
que las velocidades y la intensidad de la fuerza gravitacional afectan el
aspecto de los fotones de luz", agregó el primer autor del estudio,
Stefano Bianchi, de la Università degli Studi. Roma Tre, en Roma,
Italia. "No podemos entender los datos a menos que incluyamos las
teorías de la relatividad".
Los
agujeros negros en ciertos tipos de galaxias como NGC 3147 están malnutridos
porque no hay suficiente material capturado gravitacionalmente para
alimentarlos regularmente. Entonces, la fina bruma del material inflado se
infla como una dona en lugar de aplanarse en un disco en forma de
panqueque. Por lo tanto, es muy desconcertante por qué hay un disco
delgado que rodea un agujero negro hambriento en NGC 3147 que imita discos
mucho más poderosos que se encuentran en galaxias extremadamente activas con
agujeros negros de monstruos engorged.
"Pensamos
que este era el mejor candidato para confirmar que por debajo de ciertas
luminosidades, el disco de acreción ya no existe", explicó Ari Laor, del
Instituto de Tecnología Technion-Israel ubicado en Haifa, Israel. “Lo que
vimos fue algo completamente inesperado. "Encontramos que el gas en
movimiento produce características que podemos explicar solo como producidas
por material que gira en un disco delgado muy cerca del agujero negro".
Los
astrónomos seleccionaron inicialmente esta galaxia para validar los modelos
aceptados sobre galaxias activas de baja luminosidad, aquellas con agujeros
negros que están en una dieta pobre de material. Los modelos predicen que
se forma un disco de acreción cuando grandes cantidades de gas quedan atrapadas
por la fuerte fuerza gravitacional de un agujero negro. Esta materia
inflable emite mucha luz, produciendo una baliza brillante llamada cuásar, en
el caso de los agujeros negros más bien alimentados. Una vez que se
introduce menos material en el disco, comienza a romperse, se vuelve más débil
y cambia de estructura.
"El
tipo de disco que vemos es un cuásar reducido que no esperábamos que
existiera", dijo Bianchi. "Es el mismo tipo de disco que vemos
en objetos que son 1,000 o incluso 100,000 veces más luminosos. Las
predicciones de los modelos actuales para la dinámica de los gases en galaxias
activas muy débiles fallaron".
El
disco está tan profundamente incrustado en el intenso campo gravitatorio del
agujero negro que la luz del disco de gas se modifica, de acuerdo con las
teorías de la relatividad de Einstein, dando a los astrónomos una visión única
de los procesos dinámicos cercanos a un agujero negro.
El
material del reloj del Hubble girando alrededor del agujero negro moviéndose a
más del 10% de la velocidad de la luz. A esas velocidades extremas, el gas
parece brillar a medida que viaja hacia la Tierra en un lado, y se atenúa a
medida que se aleja de nuestro planeta en el otro lado (un efecto llamado
emisión relativista). Las observaciones del Hubble también muestran que el
gas está tan arraigado en el pozo gravitacional que la luz está luchando para
salir, y por lo tanto parece estirada a longitudes de onda más rojas. La
masa del agujero negro ronda los 250 millones de soles.
Los
investigadores utilizaron el espectrógrafo de imágenes del Telescopio Espacial
Hubble (STIS) para observar la materia que se arremolinaba profundamente dentro
del disco. Un espectrógrafo es una herramienta de diagnóstico que divide
la luz de un objeto en sus muchas longitudes de onda individuales para
determinar su velocidad, temperatura y otras características con una precisión
muy alta. Los astrónomos necesitaban la resolución aguda de STIS para
aislar la tenue luz de la región del agujero negro y bloquear la luz de las
estrellas contaminantes.
"Sin
el Hubble, no hubiéramos podido ver esto porque la región del agujero negro
tiene una baja luminosidad", dijo Chiaberge. "Las luminosidades
de las estrellas en la galaxia eclipsan cualquier cosa en el núcleo. Entonces,
si lo observas desde el suelo, estás dominado por el brillo de las estrellas, que
ahoga la débil emisión del núcleo".
El
equipo espera usar el Hubble para buscar otros discos muy compactos alrededor
de agujeros negros de bajo vataje en galaxias activas similares.
El
equipo internacional de astrónomos en este estudio está formado por Stefano
Bianchi (Università degli Studi Roma Tre, Roma, Italia); Robert Antonucci
(Universidad de California, Santa Barbara, California); Alessandro Capetti
(INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Pino Torinese, Italia); Marco
Chiaberge (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y la Universidad Johns
Hopkins, Baltimore, Maryland); Ari Laor (Instituto de Tecnología de
Israel, Haifa, Israel); Loredana Bassani (INAF / IASF Bolonia,
Italia); Francisco Carrera (CSIC-Universidad de Cantabria, Santander,
España); Fabio La Franca, Andrea Marinucci, Giorgio Matt y Riccardo Middei
(Università degli Studi Roma Tre, Roma, Italia); y Francesca Panessa (INAF
Istituto di Astrofisica and Planetologia Spaziali, Roma, Italia).
