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Espacio

Detectan por primera vez rayos X tras un agujero negro supermasivo

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El descubrimiento, en la línea de la teoría de la relatividad general de Einstein, podría ayudar a los científicos a entender mejor por qué son objetos tan potentes, capaces de sustentar galaxias enteras

  • por Neel V. Patel | traducido por
  • 29 Julio, 2021

Cuando el gas cae en un agujero negro, libera una enorme cantidad de energía y arroja radiación electromagnética en todas direcciones, lo que convierte a estos objetos en algunos de los más brillantes del universo conocido. Pero los científicos solo han podido ver la luz y otras radiaciones de un agujero negro supermasivo cuando este brilla directamente hacia nuestros telescopios; cualquier cosa que se encuentre detrás de él siempre se ha oscurecido.

Hasta ahora. Un nuevo estudio publicado en Nature demuestra la primera detección de radiación proveniente de  detrás de un agujero negro, doblada como resultado de la deformación del espacio-tiempo alrededor del objeto. Es otra evidencia de la teoría de la relatividad general de Einstein.

"Este es un resultado realmente emocionante", dice Edward Cackett, un astrónomo de la Universidad Estatal de Wayne que no participó en el estudio. "Aunque hemos visto la firma de los ecos de rayos X antes, hasta ahora no ha sido posible separar el eco que viene de detrás del agujero negro y se dobla en nuestra línea de visión. Permitirá un mejor mapeo de cómo caen las cosas en los agujeros negros y de cómo los agujeros negros doblan el espacio-tiempo a su alrededor".

La liberación de energía por los agujeros negros, a veces en forma de rayos X, es un proceso extremo. Y, debido a que los agujeros negros supermasivos liberan tanta energía, son esencialmente centrales eléctricas que permiten que las galaxias crezcan a su alrededor. "Si quieres entender cómo se forman las galaxias, necesitas entender estos procesos fuera del agujero negro capaces de liberar estas enormes cantidades de energía y poder, estas fuentes de luz increíblemente brillantes que estamos estudiando", dice Dan Wilkins. astrofísico de la Universidad de Stanford y autor principal del estudio.

El estudio se centra en un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia llamada I Zwicky 1 (I Zw 1 para abreviar), a unos 100 millones de años luz de la Tierra. En los agujeros negros supermasivos como los de I Zw 1, grandes cantidades de gas caen hacia el centro (el horizonte de eventos, que es básicamente el punto de no retorno) y tienden a aplanarse formando un disco. Por encima del agujero negro, una confluencia de partículas sobrecargadas y la actividad del campo magnético dan como resultado la producción de rayos X de alta energía.

Algunos de estos rayos X nos están brillando directamente y podemos observarlos normalmente usando telescopios. Pero algunos de ellos también brillan hacia el disco plano de gas y se reflejan en él. La rotación del agujero negro I Zw 1 se está desacelerando a una velocidad mayor que la observada en la mayoría de los agujeros negros supermasivos, lo que hace que el gas y el polvo circundantes caigan más fácilmente y alimenten el agujero negro desde múltiples direcciones. Esto, a su vez, conduce a mayores emisiones de rayos X, razón por la cual Wilkins y su equipo estaban especialmente interesados.

Mientras Wilkins y su equipo observaban este agujero negro, notaron que la corona parecía estar "destellando". Estos destellos, provocados por pulsos de rayos X que se reflejan en el enorme disco de gas, procedían de detrás de la sombra del agujero negro, un lugar que normalmente está oculto a la vista. Pero, ya que el agujero negro dobla el espacio a su alrededor, los reflejos de los rayos X también se doblan a su alrededor, lo que significa que podemos detectarlos.

Las señales se encontraron utilizando dos telescopios espaciales diferentes optimizados para detectar rayos X en el espacio: NuSTAR, que está dirigido por la NASA, y XMM-Newton, que está dirigido por la Agencia Espacial Europea.

La mayor implicación de los nuevos hallazgos es que confirman lo que Albert Einstein predijo en 1963 como parte de su teoría de la relatividad general: la forma en que la luz debe doblarse alrededor de objetos gigantescos como agujeros negros supermasivos.

"Es la primera vez que vemos la firma directa de la forma en que la luz se dobla por completo detrás del agujero negro en nuestra línea de visión, debido a la forma en que el agujero negro deforma el espacio a su alrededor", dice Wilkins. 

"Si bien esta observación no cambia nuestra imagen general de la acumulación de agujeros negros, es una buena confirmación de que la relatividad general está en juego en estos sistemas", dice Erin Kara, astrofísica del MIT que no participó en el estudio.

A pesar del nombre, los agujeros negros supermasivos están tan lejos que en realidad parecen puntos únicos de luz, incluso con instrumentos de última generación. No será posible tomar imágenes de todos ellos como los científicos usaron el Event Horizon Telescope para capturar la sombra de un agujero negro supermasivo en la galaxia M87. 

Entonces, aunque es temprano, Wilkins y su equipo tienen la esperanza de que detectar y estudiar más de estos ecos de rayos X desde detrás de la curva podría ayudarnos a crear imágenes parciales o incluso completas de agujeros negros supermasivos distantes. A su vez, eso podría ayudarlos a descubrir algunos grandes misterios sobre cómo crecen los agujeros negros supermasivos, sostienen galaxias enteras y crean entornos donde las leyes de la física se llevan al límite.

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