16/Sep/04

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Los astrónomos pudieron observar a un agujero negro engullendo materia

Astrónomos del Instituto de Astronomía de Cambridge en Inglaterra fueron capaces de observar, en cuatro oportunidades, un chorro de materia ubicado en el centro de una galaxia que está a 100 millones de años luz de distancia, mientras éste orbitaba alrededor de un agujero negro supermasivo en el camino a su destrucción. El material estaba a aproximadamente la misma distancia a la que la Tierra está del Sol pero, en lugar de tardar un año en dar una vuelta, sólo tardó un cuarto de día, a causa de la enorme gravedad del agujero negro. Mediante el seguimiento de la órbita de la materia condenada, los astrónomos han sido capaces de determinar la masa del agujero negro: entre 10 y 50 millones de masas solares.

Los científicos lograron armar como un rompecabezas el viaje de la materia condenada a muerte, mientras ésta orbitaba el agujero negro por cuatro veces. Su técnica provee un nuevo método para medir la masa de un agujero negro, por lo que permitiría la comprobación de la Teoría de Gravitación de Einstein con una exactitud que pocos hubieran creído posible.

Un equipo liderado por el Dr. Kazushi Iwasawa del Instituto de Astronomía de Cambridge en Inglaterra fue siguiendo la huella dejada por el gas caliente durante el curso de un día mientras éste era sacudido a medida que circulaba en órbita alrededor del agujero negro a casi la misma distancia a la que la Tierra orbita al Sol. Sin embargo, al ser acelerado por la gravedad extrema del agujero negro, tal órbita sólo duró un día, en lugar de un año.

Los investigadores fueron capaces de calcular la masa del agujero negro mediante el uso del valor medido para la energía lumínica, su distancia al agujero negro y el tiempo que le tomó dar una vuelta a éste; el matrimonio perfecto entre la Teoría General de la Relatividad de Einstein y la vieja y querida física Kepleriana.

El Dr. Iwasawa y su colega del IoA (Instituto de Astronomía), el Dr. Giovanni Miniutti, presentaron este resultado esta semana durante una conferencia de prensa a través de Internet en Nueva Orleáns, en la reunión de la División de Astrofísica de Altas Energías de la Sociedad Astronómica Norteamericana. El Dr. Andrew Fabian del IoA se les va a unir en un articulo que se presentará en una futura entrega de la publicación Noticias Mensuales de la Academia Real de Astronomía. Los datos provienen del observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.

El equipo estudió una galaxia denominada NGC 3516, ubicada a una distancia aproximada de 100 millones de años luz en la constelación de la Osa Mayor, donde se encuentra la conocida formación de estrellas denominada "Big Dipper", algo así como "Gran Cucharón", o también denominado "The Plough", algo así como el "Arado". Se piensa que esta galaxia contiene un agujero negro supermasivo en su centro. El gas presente en esta región central emite rayos X al ser calentado a un millón de grados centígrados por la fuerza de gravedad del agujero.

El observatorio XMM-Newton pudo capturar las características espectrales de la luz que rodea el agujero negro, que mostrada en un espectrógrafo muestra picos en ciertos niveles de energía, similares en apariencia a las líneas irregulares en un electrocardiograma. A lo largo de todo el día de observación, el XMM capturó en cuatro oportunidades el destello proveniente del gas excitado al tiempo que éste es sacudido en el curso de su órbita. Este fue un dato crucial en la determinación de la masa del agujero negro.

Los investigadores ya sabían cual era la distancia a la que el gas se encuentra del agujero negro debido a sus características espectrales. (La cantidad de desplazamiento al rojo, o disminución de energía, que es revelada por la línea espectral, está relacionada a cuan cerca está el objeto emisor del cuerpo al cual orbita, que en este caso sería el agujero negro). Dados el tiempo orbital y la distancia, los investigadores pudieron determinar un valor para la masa del agujero: se encontraría entre los 10 a 50 millones de masas solares, en concordancia con los valores obtenidos mediante el uso de otras técnicas.

Si bien los cálculos pueden ser directos, el análisis necesario para determinar el periodo orbital de un faro de rayos X es nuevo e intrincado. Esencialmente, los investigadores detectaron un ciclo que se repetía cuatro veces: una modulación de la intensidad de la luz acompañada por una oscilación de su energía. La energía y el ciclo observados encajaban en el perfil de luz desplazada al rojo gravitacionalmente (la gravedad le quita energía), sumado a un patrón de desplazamientos Doppler (una ganancia o pérdida de energía debidos al movimiento de la materia emisora acercándose o alejándose de nosotros a medida que orbita el agujero).

Esta técnica de análisis implica que, para la sorpresa del equipo de investigadores, la actual generación de observatorios de rayos X pueden mejorar significativamente las mediciones de masa de los agujeros negros, a pesar de que las observaciones sean largas y aunque sus faros tengan periodos de emisión demasiado prolongados. Basados en esta información las misiones que ya han sido propuestas, tales como Constellation-X o XEUS, pueden avanzar provechosamente por el camino que lleva hacia la prueba definitiva de la maquinaria de Einstein en el laboratorio de la gravedad extrema.