Todo el cielo está lleno de un resplandor difuso de alta energía: el fondo de rayos X cósmico. En los últimos años, los astrónomos pudieron demostrar que esta radiación puede asociarse casi por completo con objetos individuales. Del mismo modo, Galileo Galilei a principios del siglo XVII resolvió la luz de la Vía Láctea en estrellas individuales. El fondo de rayos X se origina en cientos de millones de agujeros negros supermasivos, que se alimentan de la materia en los centros de los sistemas de galaxias distantes. Debido a que los agujeros negros están acumulando masa, los observamos en el fondo de rayos X durante su fase de crecimiento. En el Universo de hoy, se encuentran agujeros negros masivos en los centros de prácticamente todas las galaxias cercanas.
Cuando la materia se precipita por el abismo de un Agujero Negro, se acelera alrededor del vorágine cósmico casi con la velocidad de la luz y se calienta tan fuerte que emite su "último grito de ayuda" en forma de radiación de alta energía, antes de que se desvanece para siempre Por lo tanto, los agujeros negros supuestamente invisibles se encuentran entre los objetos más luminosos del universo, si se alimentan bien en los centros de las llamadas galaxias activas. Los elementos químicos de la materia emiten rayos X de una longitud de onda característica y, por lo tanto, pueden identificarse a través de su huella digital espectral. Los átomos del elemento hierro son una herramienta de diagnóstico particularmente útil, porque este metal es más abundante en el cosmos e irradia más intensamente a altas temperaturas.
De manera similar a las trampas de radar, con las cuales la policía identifica los autos que circulan a gran velocidad, las velocidades relativistas de los átomos de hierro que rodean el Agujero Negro se pueden medir a través de un cambio en la longitud de onda de su luz. Sin embargo, a través de una combinación de los efectos predichos por la teoría especial y general de la relatividad de Einstein, se espera un perfil de línea asimétrico característicamente ampliado, es decir, se espera una huella digital manchada en la luz de rayos X de Black Holes. La relatividad especial postula que los relojes en movimiento funcionan lentamente, y la relatividad general predice que los relojes funcionan lentamente en las proximidades de grandes masas. Ambos efectos conducen a un desplazamiento de la luz emitida por los átomos de hierro hacia la parte de mayor longitud de onda del espectro electromagnético. Sin embargo, si observamos la materia circulando en el llamado "disco de acreción" (Fig. 1) desde un lado, la luz de los átomos que corren hacia nosotros parece desplazada a longitudes de onda más cortas y mucho más brillantes que la que se aleja de nosotros. Estos efectos de la relatividad son más fuertes cuanto más se acerca la materia al agujero negro. Debido al espacio-tiempo curvo, son más fuertes en los agujeros negros de rotación rápida. En los últimos años, las mediciones de líneas de hierro relativistas han sido posibles en algunas galaxias cercanas, por primera vez en 1995 con el satélite ASCA japonés.
Ahora los investigadores en torno a Gönther Hasinger del Instituto Max-Planck de Física extraterrestre, junto con el grupo de Xavier Barcons en el Instituto Español de Física de Cantabria en Santander y Andy Fabian en el Instituto de Astronomía en Cambridge, Reino Unido. han descubierto la huella dactilar relativista de los átomos de hierro en la luz de rayos X promedio de aproximadamente 100 agujeros negros distantes del fondo de rayos X (Fig. 2). Los astrofísicos utilizaron el observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea ESA. Apuntaron el instrumento a un campo en la constelación Big Dipper durante más de 500 horas y descubrieron varios cientos de fuentes de rayos X débiles.
Debido a la expansión del Universo, las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad que aumenta con su distancia y, por lo tanto, sus líneas espectrales aparecen en diferentes longitudes de onda; Los astrónomos primero tuvieron que corregir la luz de rayos X de todos los objetos en el marco de descanso de la Vía Láctea. Las mediciones de distancia necesarias para más de 100 objetos se obtuvieron con el American Keck-Telescope. Después de haber agregado la luz de todos los objetos, los investigadores se sorprendieron mucho por la señal inesperadamente grande y la forma característicamente ampliada de la línea de hierro.
De la fuerza de la señal dedujeron la fracción de átomos de hierro en la materia acumulada. Sorprendentemente, la abundancia química de hierro en la "nutrición" de estos agujeros negros relativamente jóvenes es aproximadamente tres veces mayor que en nuestro sistema solar, que se había creado significativamente más tarde. Por lo tanto, los centros de las galaxias en el Universo temprano deben haber tenido un método particularmente eficiente para producir hierro, posiblemente porque la actividad violenta de formación de estrellas "engendra" los elementos químicos con bastante rapidez en las galaxias activas. El ancho de la línea indicaba que los átomos de hierro deben irradiar bastante cerca del agujero negro, en consonancia con los agujeros negros que giran rápidamente. Esta conclusión también se encuentra indirectamente por otros grupos, que compararon la energía en el fondo de rayos X con la masa total de agujeros negros "inactivos" en las galaxias cercanas.
Fuente original: Comunicado de prensa de la Sociedad Max Planck
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