Los Astrofísicos Idearon Una Nueva Forma Inteligente De Medir La Masa De Un Agujero Negro

Pesando un agujero negro

Pesando una ilustración de un agujero negro. Crédito: @ tsarcyanide / MIPT Press Office

No hay balanzas para pesar los agujeros negros. Sin embargo, los astrofísicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú han ideado una nueva forma de medir indirectamente la masa de un calabozo , al tiempo que confirma su existencia. Probaron el nuevo método, informado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , en la galaxia activa Messier 87.

Los núcleos galácticos activos se encuentran entre los objetos más brillantes y misteriosos del espacio. Una galaxia se considera activa si produce un haz largo y delgado de materia y energía dirigido hacia afuera. Este fenómeno, conocido como chorro relativista, no puede explicarse por las estrellas de la galaxia. El consenso actual es que los chorros son producidos por algún tipo de “motores”, denominados núcleos galácticos. Si bien su naturaleza es poco conocida, los investigadores creen que un agujero negro giratorio podría alimentar una galaxia activa.

Virgo A Galaxy M87

Virgo Una galaxia, también conocida como M87, y su chorro. Crédito: NASA / JPL-Caltech / IPAC

Messier 87 en la constelación de Virgo es una galaxia activa que está más cerca de la Tierra, y también la mejor estudiada. Se ha observado de forma regular desde 1781, cuando se descubrió por primera vez como nebulosa. Pasó algún tiempo antes de que los astrónomos se dieran cuenta de que se trataba de una galaxia, y su chorro óptico, descubierto en 1918, fue el primero en ser observado.

La estructura del jet Messier 87 se ha estudiado meticulosamente, con su plasma se mapearon las velocidades del chorro y se midió la temperatura y la densidad del número de partículas cerca del chorro. El límite del chorro se ha estudiado con tal detalle que los investigadores descubrieron que no era homogéneo a lo largo de su longitud, cambiando su forma de parabólica a cónica. Descubierto originalmente como un caso aislado, este efecto se confirmó más tarde para una docena de galaxias más, aunque M87 sigue siendo el ejemplo más claro del fenómeno.

La gran cantidad de observaciones permite probar hipótesis sobre la estructura de las galaxias activas, incluida la relación entre la ruptura de la forma del chorro y la influencia gravitacional del agujero negro. El comportamiento del chorro y la existencia del agujero negro supermasivo son dos caras de la misma moneda: el primero se puede explicar en términos del segundo, mientras que los modelos teóricos de los agujeros negros se prueban mediante observaciones del chorro.

Imagen de interferometría de radio M87

Una imagen de interferometría de radio de la galaxia M87 a una longitud de onda de 2 centímetros con resolución sub-parsec. Crédito: Yuri Kovalev / MIPT

Los astrofísicos aprovecharon el hecho de que el límite del chorro está formado por segmentos de dos curvas distintas y utilizaron la distancia entre el núcleo y la rotura del chorro, junto con el ancho del chorro, para medir indirectamente la masa y el giro del agujero negro. Con ese fin, los científicos de MIPT desarrollaron un método que combina un modelo teórico, cálculos por computadora y observaciones de telescopio.

Los investigadores están tratando de describir el chorro como un flujo de fluido magnetizado. En este caso, la forma del chorro está determinada por el campo electromagnético que contiene, que a su vez depende de varios factores, como la velocidad y carga de las partículas del chorro, la corriente eléctrica dentro del chorro y la velocidad a la que el negro El agujero acumula materia. Una interacción compleja entre estas características y los fenómenos físicos da lugar a la ruptura observada.

Existe un modelo teórico que predice la ruptura, por lo que el equipo podría determinar qué masa de agujero negro da como resultado que el modelo reproduzca la forma observada del chorro. Esto proporcionó un nuevo modelo para la estimación de la masa de agujeros negros, un nuevo método de medición y una confirmación de las hipótesis subyacentes al modelo teórico.

“El nuevo método independiente para la estimación de la masa y el giro de un agujero negro es el resultado clave de nuestro trabajo. A pesar de que es exactitud es comparable al de los métodos existentes, tiene la ventaja de que nos acerca al objetivo final. Es decir, refinar los parámetros del ‘motor’ central para comprender más profundamente su naturaleza ”, dijo Elena Nokhrina, autora principal del artículo y subdirectora del laboratorio MIPT involucrado en el estudio.

El Laboratorio de Investigación Fundamental y Aplicada de Objetos Relativistas del Universo estudia chorros de cuásares, agujeros negros binarios y otros sistemas binarios estrechos, así como la estructura de magnetosfera de púlsares, discos de acreción y chorros de estrellas jóvenes. Además de ofrecer información sobre los procesos que ocurren en nuestra galaxia y el universo en general, esta investigación tiene una dimensión práctica: mejora la precisión de nuestros sistemas de navegación, que utilizan cuásares distantes como puntos de referencia. El jefe del laboratorio es Yuri Kovalev, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia (RAS).

Referencia: “Estimación de la masa y el espín del agujero negro M87 a través de la posición de la ruptura de la forma del límite del chorro” por EE Nokhrina, LI Gurvits, VS Beskin, M Nakamura, K Asada y K Hada, 1 de agosto de 2019, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
DOI: 10.1093 / mnras / stz2116

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