Los agujeros negros son las fuerzas de la naturaleza más intrigantes e impresionantes. También son uno de los más misteriosos debido a la forma en que las reglas de la física convencional se rompen en su presencia. A pesar de décadas de investigación y observaciones, todavía hay mucho que no sabemos sobre ellas. De hecho, hasta hace poco, los astrónomos nunca habían visto una imagen del agujero negro y no podían medir su masa.
Sin embargo, un equipo de físicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) anunció recientemente que habían ideado una forma de medir indirectamente la masa de un agujero negro al tiempo que confirmaban su existencia. En un estudio reciente, mostraron cómo probaron este método en el agujero negro supermasivo recientemente fotografiado en el centro de la galaxia activa Messier 87.
El estudio apareció en la edición de agosto de Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. Además de los investigadores del MIPT, el equipo incluyó miembros del Instituto Conjunto para VLBI ERIC (JIVE) con sede en los Países Bajos, el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica en Taiwán y el Observatorio VLBI Mizusawa de NOAJ en Japón.
Durante décadas, los astrónomos han sabido que la mayoría de las galaxias masivas tienen un agujero negro supermasivo (SMBH) en su centro. La presencia de este SMBH conduce a una cantidad considerable de actividad en el núcleo, donde el gas y el polvo caen en un disco de acreción y aceleran a velocidades que hacen que emitan luz, así como radio, microondas, rayos X y rayos gamma. Radiación de rayos.
Para algunas galaxias, la cantidad de radiación producida por la región central es tan brillante que en realidad domina la luz proveniente de todas las estrellas combinadas en su disco. Estas se conocen como galaxias del Núcleo Galáctico Activo (AGN) ya que tienen núcleos activos y otras galaxias son relativamente "silenciosas". Otro identificador revelador de que una galaxia está activa son los largos haces de materia sobrecalentada que se extienden.
Estos "chorros relativistas", que pueden extenderse por millones de años luz hacia afuera, se llaman así porque el material en ellos se acelera a una fracción de la velocidad de la luz. Si bien estos chorros aún no se entienden completamente, el consenso actual es que son producidos por un cierto "efecto motor" causado por un SMBH que gira rápidamente.
Un buen ejemplo de una galaxia activa con un jet relativista es Messier 87 (también conocido como Virgo A), una galaxia supergigante ubicada en la dirección de la Constelación de Virgo. Esta galaxia es la galaxia activa más cercana a la Tierra y, por lo tanto, una de las mejor estudiadas. Originalmente descubierto en 1781 por Charles Messier (quien lo confundió con una nebulosa), se ha estudiado regularmente desde entonces. Para 1918, su chorro óptico se convirtió en el primero de su tipo en ser observado.
Gracias a su proximidad, los astrónomos han podido estudiar meticulosamente el jet del Messier 87, mapeando su estructura y velocidades de plasma y midiendo temperaturas y densidades de partículas cerca de la corriente del jet. Los límites del avión se han estudiado con gran detalle y los investigadores descubrieron que era homogéneo a lo largo de su longitud y cambió de forma a medida que se extendía (pasando de parabólico a cónico).
Todas estas observaciones han permitido a los astrónomos probar hipótesis sobre la estructura de las galaxias activas y la relación entre los cambios en la forma del avión y la influencia del agujero negro en el núcleo galáctico. En este caso, el equipo de investigación internacional aprovechó esta relación y para determinar la masa de M87s SMBH.
El equipo también se basó en modelos teóricos que predicen la ruptura de un jet, lo que les permitió crear un modelo donde la masa de un SMBH reproduciría con precisión la forma observada del jet de M87. Al medir el ancho del chorro y la distancia entre el núcleo y la ruptura de su forma, también descubrieron que el límite del chorro del M87 está formado por dos segmentos con dos curvas distintivas.
Al final, la combinación de modelos teóricos, observaciones y cálculos por computadora permitió al equipo obtener una medición indirecta de la masa y la velocidad de rotación del agujero negro. Este estudio no solo proporciona un nuevo modelo para la estimación de agujeros negros y un nuevo medio de medición para chorros, sino que también confirma las hipótesis subyacentes a la estructura de los chorros.
Esencialmente, los resultados del equipo describen el chorro como un flujo de fluido magnetizado, donde la forma está determinada por el campo electromagnético en él. Esto, a su vez, depende de cosas como la velocidad y la carga de las partículas del chorro, la corriente eléctrica dentro del chorro y la velocidad a la que el SMBH acumula materia de su disco circundante.
La interacción entre todos estos factores es lo que da lugar a la ruptura observada en la forma de un avión, que luego se puede utilizar para extrapolar la masa de SMBH y qué tan rápido está girando. Elena Nokhrina, directora adjunta del laboratorio MIPT involucrada en el estudio y autora principal del artículo del equipo, describe el método que desarrollaron de la siguiente manera:
“El nuevo método independiente para estimar la masa y el giro del agujero negro es el resultado clave de nuestro trabajo. Aunque su precisión es comparable a la de los métodos existentes, tiene la ventaja de que nos acerca al objetivo final. Es decir, refinar los parámetros del núcleo "motor" para comprender mejor su naturaleza ".
Gracias a la disponibilidad de instrumentos sofisticados para estudiar SMBH (como el Event Horizon Telescope) y los telescopios espaciales de próxima generación que estarán operativos pronto, no pasará mucho tiempo para que este nuevo modelo se pruebe a fondo. Un buen candidato sería Sagitario A *, el SMBH en el centro de nuestra galaxia, que se estima entre 3,5 millones y 4,7 millones de masas solares.
Además de imponer restricciones más precisas sobre esta masa, las observaciones futuras también podrían determinar cuán activo (o inactivo) es el núcleo de nuestra galaxia. ¡Estos y otros misterios de agujeros negros te esperan!
