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Aportada una nueva prueba de la existencia de agujeros negros supermasivos en el corazón de los núcleos activos de las galaxias.



Una nueva prueba de la existencia de agujeros negros supermasivos en el corazón de los núcleos activos de las galaxias acaba de ser aportada por un esperado estudio en alta resolución por VLBA, Very Long Baseline Array, (Línea de Base Muy Larga). Esta poderosa técnica de interferometría de ondas de radio permitió a los astrofísicos zambullirse dentro del chorro de partículas cargadas producido por un blazar*. La teoría encaja perfectamente con las observaciones.

El descubrimiento de los quásares a principios de los años 1960 marcó no sólo la vuelta a un primer plano de la relatividad general si no que también constituyó el principio del fin para el modelo de la cosmología estacionaria* de Hoyle y Bondi. Desde entonces, la astrofísica relativista iba a desarrollarse rápida y poderosamente bajo el impulso de gigantes en la materia como Chandrasekhar y Zeldovitch.

Para explicar la formidable energía irradiada por objetos que se encontraban en un volumen cuyo diámetro debía ser inferior a un año de luz, se requirió que intervinieran astros que generaban un campo de gravitación, recogido en la relatividad general de Einstein.


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Una simulación de un blazar con su chorro de partículas, su disco de acreción (en amarillo/azul) y su toro (anillo) de polvo (en rojo). Observe que en realidad el flujo de partículas que se aleja del agujero negro central es irregular, con paquetes de materia. © Wolfgang Steffen,Cosmovisión.

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Según la teoría propuesta en 1977 por Blandford y Znajek, los cuásares debían obtener su fantástica energía de los procesos de acreción y de la magnetohidrodinámica relativista producidos por un agujero negro de Kerr* en rotación y del que la masa debía sobrepasar el millón de masas solares. Los poderosos chorros de partículas observados estarían alineados con el eje de rotación del agujero negro. Retorciendo las líneas de los campos magnéticos generadas por un efecto dinamo, esta rotación sería responsable de los procesos de aceleración y de expulsión de las partículas presentes en el chorro. ¿Pero cómo estar seguro de ello?.

Una vista en corte del disco de acreción y del chorro del blazar. Las partículas aceleradas siguen las líneas de los campos retorcidos y en forma de espiral alejándose del agujero negro central cuyo radio de Schwarzschild* está indicado por el valor RS. Llegando justo ante una zona turbulenta y otra donde se produce un focalización del haz de partículas, se genera una onda de choque responsable de una brusca emisión de radiación en diferentes longitudes de onda. Hay pues dos bocanadas observables.© Nature (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Un red de radiotelescopios para acechar a la onda de choque.

La teoría predice que el enroscamiento de las líneas de los campos magnéticos por la rotación del agujero negro, implica un movimiento helicoidal para las partículas aceleradas que se desplazan a lo largo del chorro. Además, la radiación producida a diferentes longitudes de onda será más intensa paralela al chorro, y sobre todo, pasada cierta distancia alejándose del agujero negro central a lo largo del chorro, una onda de choque debe producirse creando emisiones bruscas en el rango visible, pero también en la radiación X y gamma.

Alan Marscher, un astrofísico de la Universidad de Boston, acometió con sus colegas la labor de observar a BL Lacertae, una galaxia que poseía un núcleo activo y que sirve de referencia para definir lo que se llama unos objetos BL Lac*. Situado a 950 millones de años luz de la Tierra, este objeto es un blazar, es decir un cuásar que produce chorros de partículas de los que uno está orientado en dirección a nuestra Galaxia.

Utilizando la red de radiotelescopios conocida bajo el nombre de VLBA, los investigadores pudieron seguir detalladamente el movimiento de un paquete de partículas eyectado por el agujero negro central de BL Lacertae, emitido en ondas de radio. Paralelamente, otros telescopios capaces de observar las emisiones en óptica, rayos X y gamma fueron mobilizados durante varios años para observar los brillos procedente del chorro del blazar. Cuando el paquete de materia llegó exactamente a la distancia donde la teoría predecía que debían producirse las bruscas bocanadas de radiación gamma, X y visible, los astrofísicos pudieron comprobar que sus cálculos concordaban perfectamente con la realidad.

Recreación artística de un blazar.© Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

No se trata sólo de un éxito teórico que refuerza considerablemente la confianza en la teoría de los agujeros negros como fuente de energía de los cuásares, se trata también de un impresionante éxito desde el punto de vista de las observaciones porque se consiguió seguir con todo detalle los procesos en el interior del corazón del chorro de un cuásar.


Para saber más:

Un blazar es una fuente de energía muy compacta y altamente variable situada en el centro de una galaxia. Los blázares están entre los fenómenos más violentos del Universo y son un tema importante en la astronomía extragaláctica.

Los blázares son miembros de un grupo más grande de galaxias activas, también llamados Núcleos Activos Galácticos (AGN). Sin embargo, no son un grupo homogéneo y pueden ser divididos en dos grupos de galaxias:

- Cuásares altamente variables, a veces llamados cuásares Variables Ópticamente Violentos (OVV), estos son un subconjunto pequeño de todos los cuásares.

- Objetos BL Lacertae (objetos "BL Lac" o simplemente "BL Lacs"). Algunos de estos extraños objetos pueden ser blázares intermedios, los cuales parecen tener una mezcla de las propiedades de ambos.

Los blázares son AGN con un jet o chorro relativístico que está apuntando en dirección a la Tierra. Nosotros observamos "desde abajo" el jet, y esto responde a la rápida variabilidad y rasgos de ambos tipos de blázares. Muchos blázares tienen características superlumínicas dentro de los primeros parsecs de sus jets, probablemente debido a los frentes de onda de choque relativísticos.

El cuadro generalmente aceptado de estos cuásares OVV es que son, intrínsecamente, potentes radio galaxias, mientras que los objetos BL Lac son, básicamente, galaxias de fuentes de radio débil. En ambos casos, los centros galácticos son de galaxias elípticas gigantes.

Los modelos alternativos, por ejemplo las microlentes gravitacionales, pueden responder a las observaciones de algunos blázares pero no son consistentes con las propiedades generales.

También se considera que los agujeros negros configuran blázares cuando los chorros de plasma que les pueden estar asociados son visibles.

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"Steady State Universe" (Universo en Estado Estacionario, Bondi, Gold, y Hoyle, 1949) postula la creación de materia a partir del vacío, para satisfacer el Principio Cosmológico Perfecto (la densidad es constante y el Universo parece el mismo, en promedio sobre grandes volúmenes y tiempos). Este postulado fue motivado por un aparente problema de escala de tiempo.

Hubble encontró que el Universo de galaxias se expandía con una velocidad dada por: V = H₀ * R, que aumentaba sistemáticamente con la distancia R a la galaxia. H₀ es la tasa de expansión de Hubble.

Esto significa que si no ha habido aceleración o deceleración, toda la materia debe haber estado amontonada al inicio de la expansión; hace un tiempo R/V o 1/H₀.

Se encontró que la tasa de expansión de Hubble actualmente era H₀= 500 km/s/Mpc en el trabajo original de Hubble.

Esto significa que 1/H₀ = 2 mil millones de años, era un límite superior para la edad del Universo.

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Un agujero negro de Kerr o agujero negro en rotación es una región de agujero negro presente en el espacio-tiempo de Kerr, cuando el objeto másico tiene un radio inferior a cierta magnitud, por encima de este radio el universo de Kerr no presenta región de agujero negro. Un agujero negro de Kerr es una región no isótropa que queda delimitada por un horizonte de sucesos y una ergoesfera presentando notables diferencias con respecto al agujero negro de Schwarzschild. Esta nueva frontera describe una región donde la luz aun puede escapar pero cuyo giro induce altas energías en los fotones que la cruzan. Debido a la conservación del momento angular, este espacio forma un elipsoide, en cuyo interior se encuentra un solo horizonte de sucesos con su respectiva singularidad, que debido a la rotación tiene forma de anillo.

El espacio-tiempo de Kerr corresponde al campo gravitatorio producido por una cuerpo másico de masa M y el momento angular J. Esta solución nace del éxito del matemático Roy Kerr al resolver las ecuaciones de la relatividad en torno a un objeto masivo en rotación.

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El radio de Schwarzschild es la medida del tamaño de un agujero negro de Schwarzschild, es decir, un agujero negro de simetría esférica y estático. Se corresponde con el radio aparente del horizonte de sucesos, expresado en coordenadas de Schwarzschild.



Traducido y ampliado para Astroseti.org por Xavier Civit



Crédito de las imágenes: Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF, Nature, YouTube.




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