Pesar un agujero negro podría ser más fácil gracias a una nueva técnica

Un agujero negro que se alimenta activamente se rodea de un disco de gas caliente y polvo que parpadea como una fogata. Los astrónomos ahora han descubierto que monitorear los cambios en esos parpadeos puede revelar algo que es notoriamente difícil de medir: el peso del gigante.

“Es una nueva forma de pesar los agujeros negros”, dice el astrónomo Colin Burke de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Además, el método podría utilizarse en cualquier objeto astrofísico con un disco de acreción, e incluso puede ayudar a encontrar agujeros negros de tamaño medio escurridizos, informan los investigadores en el 13 de agosto Ciencia.

No es fácil medir la masa de un agujero negro. Por un lado, los gigantes oscuros son notoriamente difíciles de ver. Pero a veces los agujeros negros se revelan cuando comen. A medida que el gas y el polvo caen en un agujero negro, el material se organiza en un disco que se calienta a temperaturas al rojo vivo y puede, en algunos casos, eclipsar a todas las estrellas de la galaxia combinadas.

Medir el diámetro del agujero negro puede revelar su masa utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein. Pero solo el Event Horizon Telescope, que abarca todo el mundo, ha realizado este tipo de medición, y solo para un agujero negro hasta ahora (SN: 22/4/19). Otros agujeros negros se han sopesado mediante observaciones de su influencia en el material que los rodea, pero eso requiere una gran cantidad de datos y no funciona para todos los agujeros negros supermasivos.

Entonces, buscando otra forma, Burke y sus colegas recurrieron a los discos de acreción. Los astrónomos no están seguros de cómo parpadean los discos de los agujeros negros, pero parece que pequeños cambios en la luz se combinan para iluminar o atenuar todo el disco durante un período de tiempo determinado. Investigaciones anteriores habían insinuado que el tiempo que tarda un disco en desvanecerse, iluminarse y volverse a desvanecer está relacionado con la masa de su agujero negro central. Pero esas afirmaciones fueron controvertidas y no cubrieron la gama completa de masas de agujeros negros, dice Burke.

Así que él y sus colegas reunieron observaciones de 67 agujeros negros que se alimentaban activamente con masas conocidas. Los gigantes abarcaban tamaños de entre 10.000 y 10 mil millones de masas solares. Para el más pequeño de estos agujeros negros, los parpadeos cambiaron en escalas de tiempo de horas a semanas. Los agujeros negros supermasivos con masas entre 100 millones y 10 mil millones de masas solares parpadearon más lentamente, cada pocos cientos de días.

«Eso nos da una pista de que, está bien, si esta relación se cumple para los agujeros negros supermasivos pequeños y los grandes, tal vez sea una especie de característica universal», dice Burke.

Por curiosidad, el equipo también miró a las enanas blancas, los cadáveres compactos de estrellas como el sol, que son algunos de los objetos más pequeños que lucen discos de acreción consistentes. Esas enanas blancas siguieron la misma relación entre la velocidad de parpadeo y la masa.

Los agujeros negros analizados no cubrieron todo el rango posible de masas. Los agujeros negros conocidos que tienen entre 100 y 100.000 veces la masa del sol son raros. Hay varios candidatos potenciales, pero solo uno ha sido confirmado (SN: 2/9/20). En el futuro, la relación entre los parpadeos del disco y la masa del agujero negro podría decirles a los astrónomos exactamente qué tipo de parpadeo del disco buscar para ayudar a sacar a estas bestias medianas de su escondite, si es que están allí para encontrarlas, dice Burke.

La astrofísica Vivienne Baldassare de la Universidad Estatal de Washington en Pullman estudia los agujeros negros en las galaxias enanas, que pueden preservar algunas de las propiedades de los agujeros negros antiguos que se formaron en el universo temprano. Uno de los mayores desafíos en su trabajo es medir las masas de los agujeros negros. Los “resultados súper emocionantes del estudio … tendrán un gran impacto en mi investigación, y espero muchos otros también”, dice ella.

El método ofrece una forma más sencilla de pesar los agujeros negros que cualquier técnica anterior, dice Burke, pero no necesariamente más rápida. Los agujeros negros más masivos, por ejemplo, necesitarían cientos de días, o posiblemente años, de observaciones para revelar sus masas.

Los próximos observatorios ya están planeando tomar ese tipo de datos. Se espera que el Observatorio Vera C. Rubin comience a observar todo el cielo todas las noches a partir de 2022 o 2023 (SN: 10/01/20). Una vez que el telescopio haya estado funcionando el tiempo suficiente, las observaciones necesarias para pesar los agujeros negros «saldrán gratis» de los datos del Observatorio Rubin, dice Burke. “Ya lo estamos construyendo. También podemos hacer esto «.

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