Un agujero negro crea una curvatura en el espacio-tiempo

La abolladura es la clase de cosa que predijo la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. Afecta al movimiento de la materia que cae en el agujero negro.

El espacio-tiempo curvado es invisible, pero los científicos dedujeron su existencia tras detectar dos frecuencias de rayos-X procedentes del agujero negro que eran idénticas a las emisiones anotadas nueve años antes. El descubrimiento permitió a los científicos calcular el giro del agujero negro, una medida crucial necesaria para describir el comportamiento del objeto.

Rayos-X parpadeantes

Los agujeros negros se forman cuando estrellas muy masivas empiezan a agotar su combustible. Sus núcleos implosionan en un punto de densidad infinita y sus capas externas estallan en una potente explosión de supernova. Dentro de un límite teórico llamado horizonte de eventos, la gravedad del agujero negro es tan fuerte que nada, incluyendo a la luz, puede escapar.

Las frecuencias de rayos-X detectadas por el equipo de investigadores provienen del exterior del horizonte de eventos de GRO J1655-40, un agujero negro situado a unos 10 000 años luz de la Tierra. Es unas siente veces más masivo que el Sol y aspirando gas de una estrella compañera cercana.

GRO J1655-40 sufre cortos periodos de intensas emisiones de rayos-X, seguidas por largos periodos de relativa calma. Los científicos piensan que este patrón de parpadeo de la actividad de rayos-X está relacionado con cómo se acumula la materia alrededor del agujero negro.

El gas aspirado de la compañera se acumula sin cesar en un disco de acreción alrededor del agujero negro. Este proceso continua durante varios años. Mientras tiene lugar la acumulación, el agujero negro consume muy poco gas del disco.

Cada pocos años, sin embargo, algo —los científicos no están seguros de qué— dispara una repentina comilona por parte del agujero negro, causando que engulla la mayor parte de la materia del disco en un periodo de solo unos meses.

Los agujeros negros emiten millones de veces más rayos-X durante estos periodos de mayor actividad que cuando están en calma.

En los últimos años, el Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X ha captado a GRO J1655-40 de festín dos veces, una vez en 1996 y de nuevo en 2005. Entre las frecuencias de rayos-X observadas en 1996 hubo una a 450 Hz y otra a 300 Hz. Estas dos frecuencias fueron observadas nuevamente en 2005.

Esto fue sorprendente dado que cuando emiten rayos-X, los agujeros negros son conocidos por su falta de estabilidad. Los rayos-X son emitidos por partículas de gas supercalentado cuando cae por el agujero negro y roza con otras partículas. Sin embargo, la luminosidad y frecuencia a la que parpadean los rayos-X varía de un momento a otro ya que la razón a la que el agujero negro consume el gas no es constante.

Por tanto, detectar dos frecuencias estables con una diferencia de nueve años sugiere que no están causadas por las fluctuaciones de la consumición de gas por parte del agujero negro, sino por alguna otra cosa.

“Debido a que es muy difícil obtener que el comportamiento del gas sea el mismo dos veces, esto apunta con fuerza a que estas frecuencias están siendo fijadas por la masa y giro del agujero negro, propiedades fundamentales del mismo agujero negro”, comenta el co-autor del estudio Jon Miller de la Universidad de Michigan a SPACE.com.

Dado que el agujero negro es tan masivo y gira tan rápido, curva el espacio-tiempo a su alrededor.

Espacio-tiempo

Mientras desarrollaba su Teoría de la Relatividad General, Einstein combinó las tres dimensiones del espacio con una dimensión del tiempo en un útil concepto que llamó espacio-tiempo.

El espacio-tiempo puede imaginarse como una lámina elástica que se curva bajo el peso de los objetos que se colocan sobre ella. Cuanto más masivo es el objeto, más curva el espacio-tiempo. Si el objeto masivo está también girando, esto provoca que el espacio-tiempo no solo se curve sino que también se retuerza. Los científicos llaman a esto el efecto de “arrastre de marcos”.

El espacio-tiempo retorcido causará que el gas que cae en el agujero negro se mueva de cierta forma. El fenómeno puede ser comparado a grandes rasgos con el movimiento de una aguja en un tocadiscos: cuando la aguja se mueve a través de un surco grabado en el disco, este produce un sonido, la naturaleza exacta del cual está determinada por las deformaciones físicas del mismo surco.

De la misma forma, el agujero negro ha creado unas deformaciones estables en el tejido del espacio-tiempo que afectan a la materia que se mueve a su alrededor. El gas que se arremolina alrededor del agujero negro actúa como la aguja, pero en lugar de producir sonidos específicos, produce ciertas frecuencias de luz de rayos-X.

Dos picos

Los científicos piensan que las partículas de gas que se mueven en el curvado espacio-tiempo cerca del agujero negro exhiben dos tipos de movimientos, cada uno dando lugar a una frecuencia única. Un movimiento es el orbital del gas cuando gira alrededor del agujero negro. Este produce la frecuencia de 450 Hz. La frecuencia más baja de 300 Hz está causada por el ligero temblor del gas debido a las deformaciones del espacio-tiempo.

“Si el espacio-tiempo no estuviese curvado, probablemente sólo hubiésemos visto un pico”, dijo el co-autor del estudio Jeroen Homan del Instituto Kavli para Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

Los científicos piensan que todos los agujeros negros giratorios emiten dos frecuencias estables, y que las frecuencias están fuertemente ligadas a la masa y giro del agujero negro.

La masa de GRO J1655-40 había sido calcuada previamente en base a observaciones de la órbita de su estrella compañera. El trozo de información que faltaba era la razón de giro del agujero negro. El hallazgo de la nueva frecuencia ayudará a resolver este problema.

“Ahora podemos empezar a determinar el giro y de esta forma, por primera vez, a describir más completamente el agujero negro”, dijo Miller.

El descubrimiento fue anunciado a principios de este mes en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana.


Autor: Ker Than
Fecha Original: 2006-01-26

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