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El Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X de la NASA descubrió una estrella moribunda que orbita lo que parece ser un agujero negro de tamaño medio, una categoría que ha eludido su confirmación hasta la fecha y ha frustrado a los científicos por más de un

El Observatorio Chandra de Rayos-X capturó esta imagen de la región central de la galaxia de estallido estelar M82.Crédito: NASA/SAO/CXC Credit: NASA/SAO/CXC

En la imagen en rayos-X de la región central de la galaxia de estallido estelar M82 que vemos arriba, resulta de particular interés la fuente brillante cercana al centro de la fotografía, que se encuentra desplazada del centro dinámico (pequeña cruz verde) de la galaxia por unos 600 años luz.

Se observó que esta fuente incrementó dramáticamente su intensidad a lo largo de un período de tres meses (compárense los paneles izquierdo y derecho), después de lo cual disminuyó su intensidad. Un patrón de variabilidad como éste indica que la fuente es un agujero negro.

Este es el primer caso confirmado de un agujero negro tan grande que se encuentre fuera del núcleo de una galaxia, y se cree que representa un nuevo tipo de agujero negro formado por la fusión de varios agujeros negros, o por el colapso de una “híper-estrella” formada por la unión de muchas estrellas.

Chandra observó seis veces a M82 por un total aproximado de 30 horas. Algunas de las observaciones se realizaron con la Cámara de Alta Resolución (HRC = High Resolution Camera) y otras con la cámara de rayos-X del Espectrómetro CCD Avanzado de Imágenes (ACIS = Advanced CCD Imaging Spectrometer). La apariencia difusa de la fuente de rayos-X es una creación del instrumento. La distribución de los rayos-X es consistente con una fuente puntual.

Estrella moribunda proporciona más evidencia de una nueva clase de agujeros negros. Christopher Wanjek Goddard Space Flight Center
Con el descubrimiento de la estrella y su período orbital, los científicos se encuentran ahora a apenas un paso de medir la masa del agujero negro, algo que ayudaría a verificar su existencia. El período y ubicación de la estrella ya encajan dentro de la teoría principal de cómo podrían formarse estos agujeros negros.

Utilizando el RXTE, los científicos descubrieron un aumento y una caída cada 62 días en la luz de rayos-X alrededor del supuesto agujero negro de masa intermedia denominado M82 X-1.Crédito: Kaaret, et al. / NASA RXTE

Un equipo liderado por el profesor Philip Kaaret de la Universidad de Iowa, anunció estos resultados en Science Express, y aparecerán también en el número del 27 de enero de la revista Science.

“Capturamos a esta estrella, por otro lado bastante común, en una etapa única de su evolución, hacia el final de su vida, cuando se ha hinchado hasta la fase de gigante roja”, dijo Kaaret. “Como resultado, el gas proveniente de la estrella está cayendo hacia el agujero negro, haciendo que toda la región se ilumine. Esta es una región bien estudiada del cielo, y detectamos la estrella con un poco de suerte y un montón de perseverancia”.

Un agujero negro es un objeto tan denso y con una fuerza gravitatoria tan intensa que nada, incluso la luz, puede escapar de sus garras una vez que se encuentra dentro de sus límites. Una región “agujero negro” se vuelve visible cuando la materia cae hacia él y se caliente hasta temperaturas altísimas. La luz es emitida antes de que la materia cruce el límite, denominado “horizonte de eventos”.

Nuestra galaxia está llena de millones de agujeros negros de masa estelar, cada uno de ellos con una masa de unos pocos soles. Se forman a partir del colapso de estrellas muy masivas.

La mayor parte de las galaxias poseen en su centro un agujero negro súper-masivo, que contiene la masa de millones o hasta de miles de millones de soles, confinada en una región que no es más grande que nuestro sistema solar. Los científicos no saben exactamente cómo se forman, pero probablemente el proceso signifique el colapso de enormes cantidades de gas primordial.

“A lo largo de la última década, varios satélites han encontrado evidencia de una nueva clase de agujeros negros, que podrían contener de 100 a 10 000 masas solares”, dijo la Dra. Jean Swank, científica de proyecto del Explorador Rossi en el Centro Goddard de Vuelo Espacial de la NASA, en Greenbelt, Maryland. “Ha habido debate sobre las masas y la forma en que se crearían estos agujeros negros. Rossi ha proporcionado nuevos conocimientos al respecto”.

Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X. (RXTE = Rossi X-Ray Timing Explorer)Crédito: NASA/RXTE

Estos supuestos agujeros negros de masa media son llamados objetos ultra-luminosos en rayos-X porque son fuentes brillantes de esta radiación. De hecho, la mayor parte de las estimaciones sobre la masa de estos agujeros negros está basada únicamente en el cálculo de cuán fuerte es el tirón gravitatorio necesario para producir luz de una intensidad dada.

El grupo de Kaaret en la Universidad de Iowa, que incluye a la profesora Cornelia Lang y a la estudiante Melanie Simet, realizó una medición que puede ser utilizada en la ecuación para calcular directamente la masa. Utilizando simple física newtoniana, los científicos pueden calcular la masa de un objeto una vez que se ha determinado el período orbital y la velocidad de objetos más pequeños que roten a su alrededor.

“Descubrimos un aumento y una caída en la luz de rayos-X cada 62 días, causados probablemente por la órbita de la estrella compañera alrededor del agujero negro”, dijo Simet. “Sin embargo, la velocidad será difícil de determinar ya que la estrella está localizada en un área muy oscurecida por polvo. Esto hace más problemática su observación por parte de telescopios ópticos e infrarrojos, y por lo tanto la realización de cálculos de velocidad. Pero por ahora, el simple conocimiento del período orbital es muy revelador”.

El supuesto agujero negro de masa media, conocido como M82 X-1, es un objeto ultra-luminoso de rayos-X bien estudiado dentro de un cercano cúmulo estelar que contiene aproximadamente un millón de estrellas concentradas en una región de apenas unos 100 años luz de diámetro.

Observatorio Espacial Chandra de Rayos-X.Crédito: NASA/Chandra

Una teoría favorita propone que una multitud de colisiones estelares a lo largo de un corto período en una región abarrotada creará una estrella gigantesca de corta vida que colapsará en un agujero negro de unas 1 000 masas solares. El cúmulo cercano a M82 X-1 tiene la densidad suficiente como para formar un agujero negro de este tipo. Ninguna compañera normal podría proporcionar el combustible suficiente como para hacer que M82 X-1 brillara tan fuertemente. Pero el período orbital de 62 días implica que la compañera debe tener una densidad muy baja. Esto encaja en el escenario de una hinchada estrella súper-gigante que está perdiendo masa a una velocidad lo suficientemente alta como para brindar el combustible necesario a M82 X-1.

“Con este descubrimiento del período orbital, tenemos ahora una imagen consistente de la evolución total de una binaria de agujero negro de masa media”, dijo Kaaret. “Se formó en un “súper” cúmulo estelar, luego el agujero negro capturó una estrella compañera; la estrella compañera evolucionó hasta la etapa de gigante, y ahora vemos una fuente de rayos-X extremadamente luminosa porque la estrella compañera se ha expandido y está alimentando al agujero negro”.

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Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: Goddard Space Flight Center
Artículo: “Dying Star Reveals More Evidence for New Kind of Black Hole”
Fecha: Enero 05 , 2006

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