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ASTRONOMÍA. Primera observación de luz tras un agujero negro supermasivo

 

Los investigadores observaron llamaradas brillantes de emisiones de rayos X, producidas cuando el gas cae en un agujero negro supermasivo. Las llamaradas hicieron eco del gas que caía en el agujero negro, y mientras las llamaradas se apagaban, se vieron breves destellos de rayos X, que corresponden al reflejo de las llamaradas del lado lejano del disco, dobladas alrededor del agujero negro por su fuerte campo gravitacional. Fuente: Dan Wilkins

Nada escapa a un agujero negro, ni siquiera la luz. La luz extrema que vemos alrededor de estos objetos cósmicos se forma en sus bordes a partir del material que cae, alimentando las fuentes de luz continua más brillantes del universo y formando una corona. Debido a su enorme gravedad, los agujeros negros deforman el espacio-tiempo de tal manera que es posible ver la luz directamente detrás de ellos. Sin embargo, esto nunca se había observado directamente, hasta ahora.

Como se informó en Nature , los investigadores han visto emisiones de rayos X provenientes directamente detrás del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia I Zwicky 1, un objeto cósmico activo a unos 800 millones de años luz de distancia.

"Cualquier luz que entra en ese agujero negro no sale, por lo que no deberíamos poder ver nada que esté detrás del agujero negro", dijo el autor principal, el Dr. Dan Wilkins, del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas en Stanford y SLAC National Accelerator Laboratory, dijo en un comunicado . "La razón por la que podemos ver eso es porque ese agujero negro está deformando el espacio, doblando la luz y retorciendo los campos magnéticos alrededor de sí mismo".

Un fenómeno tan increíble ha sido predicho durante décadas por la teoría de la relatividad general de Einstein, pero esta es la primera vez que se ve directamente la luz detrás de un agujero negro.

Una infografía de cómo la luz resuena detrás de un agujero negro. Imagen: ESA CC BY-NC-ND

El equipo no se propuso buscar esta deformación extrema. Estaban estudiando la corona del agujero negro supermasivo, una región de partículas de alta energía atrapadas en un campo magnético cerca del agujero negro. Recientemente, los astrónomos han comenzado a darse cuenta de que estas coronas son más dinámicas de lo que se pensaba, e incluso desaparecen  en algunos casos extremos.

El equipo originalmente estaba mirando cómo la corona produce rayos X en llamaradas. Mientras investigaban los orígenes de estos destellos, notaron un montón de destellos más pequeños. Estos, dice el equipo, son los mismos rayos X pero reflejados desde detrás del disco, lo más cerca que estamos de vislumbrar el lado más alejado de un agujero negro.

“Este campo magnético, que se atasca y luego se acerca al agujero negro, calienta todo a su alrededor y produce estos electrones de alta energía que luego producen los rayos X”, explicó Wilkins. “He estado construyendo predicciones teóricas de cómo nos aparecen estos ecos durante algunos años. Ya los había visto en la teoría que he estado desarrollando, así que una vez que los vi en las observaciones del telescopio, pude averiguar la conexión ".

Hace cincuenta años, cuando los astrofísicos comenzaron a especular sobre cómo podría comportarse el campo magnético cerca de un agujero negro, no tenían idea de que algún día se podrían tener las técnicas para observar esto directamente y ver la teoría general de la relatividad de Einstein en acción.

Incluso más observaciones de la teoría de Einstein en acción deberían ocurrir en el futuro gracias al nuevo telescopio de rayos X Athena de la Agencia Espacial EuropeaGracias a su espejo gigante, más grande que cualquier telescopio de rayos X anterior, podrá proporcionar observaciones de alta resolución de tales eventos en tiempos mucho más cortos, revelando más de los misterios que rodean a los agujeros negros.

Cómo ver un agujero negro

La motivación original detrás de esta investigación fue aprender más sobre una característica misteriosa de ciertos agujeros negros, llamada corona. El material que cae en un agujero negro supermasivo alimenta las fuentes continuas de luz más brillantes del universo y, al hacerlo, forma una corona alrededor del agujero negro. Esta luz, que es luz de rayos X, se puede analizar para mapear y caracterizar un agujero negro.


Animación que muestra cómo la luz resuena detrás de un agujero negro. Fuente: ESA

La teoría principal de lo que es una corona comienza con el gas que se desliza hacia el agujero negro donde se sobrecalienta a millones de grados. A esa temperatura, los electrones se separan de los átomos, creando un plasma magnetizado. Atrapado en el poderoso giro del agujero negro, el campo magnético se arquea tan alto por encima del agujero negro, y gira tanto sobre sí mismo, que eventualmente se rompe por completo, una situación que recuerda tanto a lo que sucede alrededor de nuestro propio Sol que tomó prestado el nombre "corona".

“Este campo magnético que se atasca y luego se acerca al agujero negro calienta todo a su alrededor y produce estos electrones de alta energía que luego producen los rayos X”, dijo Wilkins.

Cuando Wilkins miró más de cerca para investigar el origen de las bengalas, vio una serie de destellos más pequeños. Estos, determinaron los investigadores, son los mismos destellos de rayos X pero reflejados desde la parte  posterior  del disco, un primer vistazo al lado más alejado de un agujero negro.

Fuente: 28 July 2021, Nature. DOI: 10.1038/s41586-021-03667-0

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