Midiendo la ‘puerta de salida’ del universo

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Artículo publicado por Jennifer Chu el 27 de septiembre de 2012 en MIT News

Por primera vez, un equipo internacional ha medido el radio de un agujero negro.

El punto de no retorno: en astronomía, se conoce como agujero negro – una región del espacio donde el tirón de la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Agujeros negros con una masa miles de millones de veces superior a la de nuestro Sol pueden situarse en el corazón de la mayor parte de galaxias. Dichos agujeros negros supermasivos son tan potentes que la actividad en sus límites puede extenderse a través de sus galaxias anfitrionas.

Ahora, un equipo internacional liderado por investigadores del Observatorio Haystack del MIT ha medido por primera vez el radio de un agujero negro en el centro de una galaxia lejana – la distancia más cercana a la que puede aproximarse la materia antes de quedar irremediablemente absorbida por el agujero negro.

Agujeros negros © by thebadastronomer


Los científicos enlazaron antenas de radio en Hawái, Arizona y California para crear un conjunto de telescopios conocido como “Telescopio de Horizonte de Sucesos” (“Event Horizon Telescope” – EHT) que puede observar detalles 2000 veces más finos de los visibles para el telescopio espacial Hubble. Estas antenas de radio se usaron sobre M87, una galaxia a unos 50 millones de años luz de la Vía Láctea. M87 alberga un agujero negro 6000 millones de veces más masivo que nuestro Sol; usando el conjunto el equipo observó el brillo de la materia cerca del borde de este agujero negro – una región conocida como “horizonte de sucesos”.

“Una vez que un objeto cae a través del horizonte de sucesos, se pierde para siempre”, dice Shep Doeleman, director adjunto en el Observatorio Haystack del MIT e investigador asociado del Observatorio Astrofísico Smithsonian. “Es una puerta de salida de nuestro universo. Una vez que atraviesas la puerta, no hay vuelta atrás”.

Doeleman y sus colegas han publicado los resultados de su estudio esta semana en la revista Science.

Chorros en el borde de un agujero negro

Los agujeros negros supermasivos son los objetos más extremos predichos por la teoría de la gravedad de Albert Einstein — donde, de acuerdo con Doeleman, “la gravedad se vuelve completamente loca y compacta una enorme masa en un espacio increíblemente pequeño”. En el borde de un agujero negro, la fuerza gravitatoria es tan intensa que arrastra todo lo que hay a su alrededor. No obstante, no todo puede cruzar el horizonte de sucesos para compactarse en un agujero negro. El resultado es un “atasco cósmico” en el que se acumulan gas y polvo creando una tortilla plana de materia conocida como disco de acreción. Este disco de materia orbita al agujero negro casi a la velocidad de la luz, alimentándolo con una dieta regular de material supercaliente. Con el tiempo, este disco puede provocar que el agujero negro gire en la misma dirección que el material orbital.

En este flujo espiral están atrapados los campos magnéticos que aceleran el material caliente a lo largo de potentes haces por encima del disco de acreción. El chorro de alta velocidad resultante, lanzado por el agujero negro y el disco, cruza la galaxia extendiéndose a lo largo de cientos de miles de años luz. Estos chorros pueden influir en muchos procesos galácticos, incluyendo lo rápidamente que se forman las estrellas.

‘¿Einstein estaba en lo cierto?’

La trayectoria de un chorro puede ayudar a los científicos a comprender la dinámica de los agujeros negros en la región donde la gravedad es la fuerza predominante. Doeleman dice que un entorno tan extremo es perfecto para confirmar la teoría general de la relatividad de Einstein — la descripción definitiva actual de la gravitación.

“Las teorías de Einstein se han verificado en casos de campos gravitatorios bajos, como en la Tierra o el sistema solar”, dice Doeleman. “Pero no se han verificado con precisión en el único lugar del universo donde podría colapsar la teoría de Einstein — que es en el borde de un agujero negro”.

De acuerdo con la teoría de Einstein, la masa de un agujero negro y su espín determinan lo cerca que puede orbitar el material antes de hacerse inestable y caer hacia el horizonte de sucesos. Debido a que el chorro de M87 se lanza magnéticamente desde la órbita más pequeña, los astrónomos pueden estimar el espín del agujero negro a través de cuidadosas medidas del tamaño del chorro cuando abandona el agujero negro. Hasta ahora ningún telescopio ha tenido la potencia de aumento requerida para este tipo de observación.

“Ahora estamos en una posición adecuada para dar respuesta a la pregunta, ‘¿Estaba Einstein en lo cierto?’”, comenta Doeleman. “Podemos identificar características y señales predichas por sus teorías en este potente campo gravitatorio”.

El equipo usó una técnica conocida como Inteferometría de Línea Base Muy Larga (Very Long Baseline Interferometry, o VLBI) que vincula datos de distintas antenas de radio situadas a miles de kilómetros. Las señales procedentes de distintas antenas unidas crean un “telescopio virtual” con una potencia de resolución de un único telescopio de un tamaño igual al de la distancia entre las antenas más separadas. La técnica permite a los científicos ver detalles extremadamente precisos en galaxias muy lejanas.

Usando esta técnica, Doeleman y su equipo midieron la órbita más interna del disco de acreción, que resultó ser de apenas 5,5 veces el tamaño del horizonte de sucesos del agujero negro. De acuerdo con las leyes de la física, este tamaño sugiere que el disco de acreción gira en el mismo sentido que el agujero negro — la primera observación directa para confirmar las teorías de cómo los agujeros negros impulsan los chorros desde el centro de las galaxias.

El equipo plantea extender en conjunto de telescopios añadiendo antenas de radio en Chile, México, Groenlandia y la Antártida para obtener en el futuro imágenes aún más detalladas de los agujeros negros.

Christopher Reynolds, profesor de astronomía en la Universidad de Maryland, dice que los resultados del grupo proporcionan los primeros datos observacionales que ayudarán a los científicos a comprender cómo se comportan los chorros de un agujero negro.

“La naturaleza básica de los chorros aún es un misterio”, dice Reynolds. “Muchos astrofísicos sospechan que tales chorros están impulsados por el giro del agujero negro… pero por ahora esas ideas están por completo en el ámbito teórico. Esta medida es el primer paso para poner estas ideas sobre una firme base observacional”.

Esta investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia.


Autor: Jennifer Chu
Fecha Original: 27 de septiembre de 2012
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