HUBBLE DESCUBRE UN AGUJERO NEGRO QUE NO DEBERÍA EXISTIR

Como si los agujeros negros no fueran lo suficientemente misteriosos, los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han encontrado un inesperado disco delgado de material que gira furiosamente alrededor de un agujero negro súper masivo en el corazón de la magnífica galaxia espiral NGC 3147, ubicada a 130 millones de años luz.

El enigma es que el disco no debería estar allí, según las teorías astronómicas actuales. Sin embargo, la presencia inesperada de un disco tan cerca de un agujero negro ofrece una oportunidad única para probar las teorías de la relatividad de Albert Einstein. La relatividad general describe la gravedad como la curvatura del espacio y la relatividad especial describe la relación entre el tiempo y el espacio.

“Nunca hemos visto los efectos de la relatividad general y especial en la luz visible con tanta claridad”, dijo Marco Chiaberge, de la Agencia Espacial Europea, y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y la Universidad Johns Hopkins, ambos en Baltimore, Maryland, Miembro del equipo que realizó el estudio del Hubble.

“Este es un vistazo intrigante a un disco muy cerca de un agujero negro, tan cerca que las velocidades y la intensidad de la fuerza gravitacional afectan el aspecto de los fotones de la luz”, agregó el primer autor del estudio, Stefano Bianchi, de la Università degli Studi. Roma Tre, en Roma, Italia. “No podemos entender los datos a menos que incluyamos las teorías de la relatividad”.

Los agujeros negros en ciertos tipos de galaxias como NGC 3147 están malnutridos porque no hay suficiente material capturado gravitacionalmente para alimentarlos regularmente. Entonces, la fina bruma del material inflado se infla como una dona en lugar de aplanarse en un disco en forma de panqueque. Por lo tanto, es muy desconcertante por qué hay un disco delgado que rodea un agujero negro hambriento en NGC 3147 que imita discos mucho más poderosos que se encuentran en galaxias extremadamente activas con agujeros negros de monstruos engorged.

“Pensamos que este era el mejor candidato para confirmar que por debajo de ciertas luminosidades, el disco de acreción ya no existe”, explicó Ari Laor, del Instituto de Tecnología Technion-Israel ubicado en Haifa, Israel. “Lo que vimos fue algo completamente inesperado. Encontramos un gas en movimiento que produce características que solo podemos explicar como producidas por material que gira en un disco delgado muy cerca del agujero negro”.

Los astrónomos seleccionaron inicialmente esta galaxia para validar modelos aceptados sobre galaxias activas de baja luminosidad, aquellas con agujeros negros que se encuentran en una dieta pobre de material. Los modelos predicen que se forma un disco de acreción cuando grandes cantidades de gas quedan atrapadas por la fuerte fuerza gravitacional de un agujero negro. Esta materia inflable emite mucha luz, produciendo una baliza brillante llamada cuásar, en el caso de los agujeros negros más bien alimentados. Una vez que se introduce menos material en el disco, comienza a romperse, se vuelve más débil y cambia de estructura.

“El tipo de disco que vemos es un cuásar reducido que no esperábamos que existiera”, dijo Bianchi. “Es el mismo tipo de disco que vemos en objetos que son 1,000 o incluso 100,000 veces más luminosos. Las predicciones de los modelos actuales para la dinámica de los gases en galaxias activas muy débiles fallaron”.

El disco está tan profundamente incrustado en el intenso campo gravitatorio del agujero negro que la luz del disco de gas se modifica, de acuerdo con las teorías de la relatividad de Einstein, dando a los astrónomos una visión única de los procesos dinámicos cercanos a un agujero negro.

El material del reloj del Hubble girando alrededor del agujero negro moviéndose a más del 10% de la velocidad de la luz. A esas velocidades extremas, el gas parece brillar a medida que viaja hacia la Tierra en un lado, y se atenúa a medida que se aleja de nuestro planeta en el otro lado (un efecto llamado emisión relativista). Las observaciones del Hubble también muestran que el gas está tan arraigado en el pozo gravitacional que la luz está luchando para salir, y por lo tanto parece estirada a longitudes de onda más rojas. La masa del agujero negro ronda los 250 millones de soles.

Los investigadores utilizaron el espectrógrafo de imágenes del Telescopio Espacial Hubble (STIS) para observar la materia que se arremolinaba profundamente dentro del disco. Un espectrógrafo es una herramienta de diagnóstico que divide la luz de un objeto en sus muchas longitudes de onda individuales para determinar su velocidad, temperatura y otras características con una precisión muy alta. Los astrónomos necesitaban la resolución aguda de STIS para aislar la tenue luz de la región del agujero negro y bloquear la luz de las estrellas contaminantes.

“Sin el Hubble, no hubiéramos podido ver esto porque la región del agujero negro tiene una baja luminosidad”, dijo Chiaberge. “Las luminosidades de las estrellas en la galaxia eclipsan cualquier cosa en el núcleo. Entonces, si lo observas desde el suelo, estás dominado por el brillo de las estrellas, que ahoga la débil emisión del núcleo”.

El equipo espera usar el Hubble para buscar otros discos muy compactos alrededor de agujeros negros de bajo vataje en galaxias activas similares.

El documento del equipo aparece en línea en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

Imagen ESA/Hubble