Ondas de agujeros negros pueden ayudar a medir la expansión cósmica

Esquema del proceso de reflexión en el agujero negro Cygnus X-1.
Esquema del proceso de reflexión en el agujero negro Cygnus X-1. - NASA/JPL-CALTECH
Actualizado: miércoles, 5 julio 2023 11:17

   MADRID, 5 Jul. (EUROPA PRESS) -

   Los ecos de la luz de los chorros que salen de los agujeros negros ofrecen una nueva forma de precisar la distancia a estos objetos y estudiar una población desapercibida en el centro de la galaxia.

   También podría incluso ayudar a determinar la tasa de expansión del Universo.

   La técnica, desarrollada por un equipo de la Universidad de Newcastle y probada en el arquetipo del agujero negro Cygnus X-1, fue presentada por el investigador de posgrado y miembro del equipo Patrick O'Neill en el National Astronomy Meeting británico en Cardiff.

   La mayoría de los agujeros negros son los remanentes compactos de estrellas que terminaron sus vidas en explosiones de supernovas. Tienen un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de su alcance, de ahí la descripción de ellos como negros. A pesar de eso, la influencia en su entorno puede ser muy obvia, ya que el material que orbita alrededor de un agujero negro se concentra en un disco y puede calentarse mucho. Esto significa que son fuertes fuentes de rayos X, y muchos también tienen chorros asociados que arrojan gas y polvo a grandes distancias.

   La distancia calculada a la mayoría de los agujeros negros se basa en su brillo de rayos X y las medidas asociadas de su masa, que se pueden deducir por la rapidez con que el material se arremolina a su alrededor. O'Neill y los otros miembros del equipo adoptan un enfoque diferente.

   La luz del chorro del agujero negro se emite en todas las direcciones, por lo que llega al disco. Al igual que un espejo, el disco refleja una parte de la luz entrante. Comenzando desde la parte más interna del disco, la luz reflejada se ondulará hacia afuera ya que la luz emitida en el chorro tarda más en llegar a las partes externas del disco. Esta "reverberación" de la luz es similar a un eco sonoro.

   Esto significa que vemos la luz que se origina en el chorro de dos maneras: la luz que viaja directamente hacia nosotros y la luz que refleja el disco. Al monitorear simultáneamente el brillo de la luz que viaja directamente hacia nosotros y la luz que se refleja, es posible deducir qué tan lejos está el chorro por encima del disco. También les dice a los astrónomos qué tan cerca está el límite interno del disco del propio agujero negro. Más cerca en el campo gravitacional del agujero negro interrumpe la forma del disco.

   El seguimiento conjunto de la luz emitida por el chorro del agujero negro y el disco que lo rodea permite al equipo calcular el tamaño del disco y la fracción de luz que refleja. Eso da una medida absoluta del brillo del disco y, por lo tanto, la distancia al sistema agujero negro-disco.

   Densas nubes de gas y polvo normalmente bloquean la luz infrarroja, visible y ultravioleta emitida desde los centros de las galaxias (incluida la nuestra), restringiendo nuestra visión. Por el contrario, los rayos X pueden cruzar estas regiones sin obstáculos, por lo que debería ser posible medir la distancia a los agujeros negros supermasivos. Si eso se puede hacer, será una nueva forma de determinar qué tan rápido se está expandiendo el universo, algo que aún no se ha resuelto 94 años después del descubrimiento de la expansión misma.

   También es una poderosa herramienta para sondear la población de agujeros negros en el centro de la galaxia. Hasta ahora, los astrónomos tendían a observar agujeros negros que eran relativamente ligeros y alejados del plano de la Galaxia donde se encuentran la mayoría de las estrellas (nuestra Galaxia tiene brazos espirales en un disco plano que sale de una barra central).

   A veces, un agujero negro y una estrella masiva se orbitan entre sí en un sistema binario. Si la estrella masiva explota como una supernova, el agujero negro puede ser expulsado del plano de la galaxia. Cuanto más pesado sea el agujero negro, menor será la aceleración, por lo que los agujeros negros de mayor masa se encontrarán más cerca del plano galáctico y en el centro galáctico.

   O'Neill dijo en un comunicado: "A menudo nos limitamos a las observaciones de galaxias distantes para hacer inferencias sobre la Vía Láctea. Esta técnica de vanguardia ofrece un método para sondear el centro galáctico previamente oculto, ofreciendo nuevos conocimientos sobre la evolución de nuestra propia galaxia y cómo los agujeros negros acumulan material[MOU1] . También es emocionante pensar que podríamos ayudar a establecer la velocidad a la que se expande el Universo y obtener una mejor comprensión de su futuro".

   El equipo ahora quiere construir una imagen de la población de agujeros negros en el centro de la galaxia. Esto podría ayudar a encontrar objetos como agujeros negros de masa intermedia, objetos que se cree que resultan de la fusión de agujeros negros de estrellas individuales y un paso en el camino hacia la formación de agujeros negros supermasivos del tamaño de un monstruo que se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias.