Los astrónomos, utilizando el observatorio Chandra de rayos X de la NASA y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA), descubrieron que el agujero negro en RX J1131 está girando a más de la mitad de la velocidad de la luz. Esto indica que este agujero negro, observado a una distancia de 6.000 millones de años luz, lo que significa alrededor de 7.700 millones de años después del Big Bang, ha crecido a través de fusiones en lugar de atraer material desde diferentes direcciones
Antes del anuncio de este trabajo, los agujeros negros más distantes con estimaciones de giro directo son dos que se hallan a 2.500 millones y 4.700 millones de años luz de distancia. Este monstruoso agujero negro gira a aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz, retorciendo el espacio a su alrededor. Estos puntos de giro rápido nos indican cómo se hicieron más grandes las galaxias como la nuestra miles de millones de años atrás.
«Si el crecimiento es caótico, entonces el giro de los agujeros negros tiende a cero», dice el astrofísico Emanuele Berti de la Universidad de Mississippi en Oxford. En ese caso, el agujero negro actúa como si le dieran patadas al azar de un lado y del otro, lo que le roba energía al efecto. Pero si la estructura de una galaxia en crecimiento es ordenada, con vastas nubes de gas hidrógeno, y los ocasionales agujeros negros más pequeños fluyen de vez en cuando al centro para alimentar al agujero negro central de manera constante, su giro aumentará.
«Estamos viendo un giro muy rápido, lo que apunta a una estructura más coherente de las primeras galaxias durante su formación», dice en el estudio el co-autor Mark Reynolds de la Universidad de Michigan. Comprendiendo esta configuración parece explicarse mejor cómo se formaron la Vía Láctea y las estrellas como nuestro Sol.
La capacidad de medir el giro de un agujero negro en un gran rango de tiempo cósmico debería posibilitar que estudiemos directamente si el agujero negro se desarrolla más o menos al mismo ritmo que su galaxia anfitriona. La medición de la rotación del agujero negro RX J1131-1231 es un paso importante en ese camino, y demuestra una técnica para obtener observaciones de los agujeros negros supermasivos distantes con los observatorios de rayos X actuales. Los agujeros negros son definidos por sólo dos simples características: masa y rotación. Los astrónomos han podido medir sus masas durante mucho tiempo de manera eficaz, la determinación de su rotación ha sido mucho más difícil.
En la última década, los astrónomos han ideado formas de estimar la rotación de los agujeros negros a distancias superiores a varios miles de millones de años-luz, lo que significa que vemos la región alrededor del agujero negro como era hace miles de millones de años. Sin embargo, la determinación de la rotación de estos agujeros negros distantes implica varios pasos encadenados uno con el otro.
«Queremos ser capaces de llevar al hombre medio, por así decirlo, la determinación de la rotación de los agujeros negros en todo el universo», dijo Rubens Reis de la Universidad de Michigan en Ann Arbor , que dirigió un artículo que describe el resultado y fue publicado en línea el miércoles en la revista Nature.
Reis y sus colegas determinaron el giro del agujero negro supermasivo que está tirando del gas circundante, produciendo un cuásar muy luminoso conocido como RX J1131-1231 (RX J1131, para abreviar). Debido a la alineación fortuita, la distorsión del espacio-tiempo por el campo gravitacional de una galaxia elíptica gigante a lo largo de la línea de visión del cuásar actúa como una lente gravitatoria que amplifica la luz del cuásar. La lente gravitatoria, predicha por Einstein, ofrece una rara oportunidad de estudiar la región más interna de los cuásares distantes, al actuar como un telescopio natural y magnificar la luz de estas fuentes.
«Debido a esta lente gravitacional, hemos podido obtener información muy detallada sobre el espectro de rayos X —es decir, la cantidad de rayos-X observados a diferentes energías— de RX J1131,» dijo el co-autor Mark Reynolds, también de Michigan . «Esto a su vez nos permitió obtener un valor muy preciso de cuán rápido está girando el agujero negro.»
Los rayos X se producen cuando un arremolinado disco de acreción de gas y polvo que rodea al agujero negro crea una nube de varios millones de grados, o corona, cerca del agujero negro. Los rayos X de la corona se reflejan en el borde interior del disco de acreción. Las intensas fuerzas gravitatorias cerca del agujero negro alteran el espectro de los rayos X que se reflejan. Cuanto mayor sea el cambio en el espectro, más cerca del borde interior del disco debe estar al agujero negro.
«Estimamos que los rayos X proceden de una región en el disco situada a sólo cerca de tres veces el radio del horizonte de sucesos, el punto de no retorno para las cosas que caen [en el agujero negro]», dijo Jon M. Miller de Michigan, otro autor del artículo. «El agujero negro debe estar girando muy rápidamente para permitir que un disco sobreviva en este tipo de radio tan pequeño.»
Por ejemplo, un agujero negro en rotación arrastra el espacio un tiempo con él y permite que la materia orbite más cerca del agujero negro que lo que es posible en un agujero negro que no gira.
Al medir el giro de los agujeros negros distantes los investigadores descubren pistas importantes sobre cómo crecen estos objetos con el tiempo. Si los agujeros negros crecen principalmente por colisiones y fusiones entre galaxias, deben acumular material en un disco estable, y el suministro constante de material nuevo desde el disco debe llevar a que gire rápidamente. En contraste, si los agujeros negros crecen a través de muchos episodios de acreción pequeños, que se acumulan a partir de material que llega desde direcciones aleatorias, al igual que un tiovivo que es empujado hacia atrás y hacia delante esto haría que el agujero negro girara más lentamente.
Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti
Más información:
