20/12/2012 - Determinan la masa de un agujero negro en la galaxia de Andrómeda

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Un equipo liderado por la Universidad de Durham, en el Reino Unido, y en el cual han participado la UPC, el CSIC y el IEEC, ha determinado la masa de un agujero negro diez veces mayor que la masa del Sol en la galaxia de Andrómeda M31.

El resultado del estudio se ha publicado a la revista científica 'Nature'.

Determinar la masa de un agujero negro no es sencillo ya que son objetos que no pueden observarse de forma directa porque no emiten luz. La manera más efectiva de precisarla es observando cómo influye a los objetos que están a su alrededor.

En un estudio reciente, un equipo liderado por científicos de la Universidad de Durham, en el Reino Unido, en el cual han participado las investigadoras Gloria Sala, del Departamento de Física y Ingeniería Nuclear de laUniversitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), vinculada al Instituto de Estudios Espaciales de Catalunya (IEEC), y Margarita Hernanz, del Instituto de Ciencias del Espacio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), también vinculado al IEEC, ha logrado determinar la masa de un agujero negro diez veces mayor a la masa del Sol, en la galaxia de Andrómeda M31. Este descubrimiento demuestra que los sistemas binarios ULX también pueden contener agujeros negros pequeños, puesto que los que se conocen hasta ahora equivalen a centenares o miles de masas solares.

El agujero negro está ubicado en un sistema binario de rayos X del tipo ULX, una fuente de rayos X ultraluminosa (Ultra Luminous X-ray source). El resultado del estudio, que se ha publicado en la revista científica Nature, contrasta con la polémica creencia de que los rayos ULX contienen agujeros negros mucho más masivos, incluso centenares o miles de veces mayor que la del Sol, y relaciona este ULX con los sistemas conocidos como microcuásares.

Los microcuásares –descubiertos a principios de los años 90, un hito científico que se publicó en la revista Nature– son sistemas compuestos por un agujero negro y una estrella normal, que orbitan entre ellos e interaccionan entre sí. En este baile cósmico que realizan, el agujero negro succiona materia de la estrella que aún emite luz. Antes de ser engullida, la materia proveniente de la estrella que emite luz forma un disco que orbita al agujero negro, el cual, poco a poco, la va tragando y haciéndola desaparecer del Universo observable. Este proceso conlleva la emisión copiosa de rayos X, con una intensidad proporcional a la masa del agujero negro.

Pero no toda la materia que está orbitando en el disco es absorbida por el agujero negro sino que un porcentaje de este material, por cuestiones de conservación de energía, se expulsa en forma de jets o chorros. La evolución de los jets se observa principalmente en el rango de ondas radio. Se estima que en nuestra galaxia hay aproximadamente unos 100 microcuásares, pero, curiosamente, no se ha descubierto hasta ahora ningún ULX.

Las altas luminosidades en rayos X de los ULXs, más brillantes que un millón de soles, han llevado a especular que albergan sistemas binarios con agujeros negros de masas "intermedias", de unas 1000 veces la masa del Sol. Es decir, son más masivos que los agujeros negros normales (que equivalen a unas decenas de masas solares, como sería el caso de los microcuásares,) pero menores que aquellos que se encuentran en el centro de galaxias, cuyas masas son mayores que 1 millón de masas solares, y son conocidos con el nombre de cuásares.

Por ahora, no existe ninguna teoría convincente que pueda explicar la formación de dichos agujeros negros de masa intermedia. Esta controversia ha hecho pensar que quizás la relación que se aplica para determinar la masa del agujero negro a partir de la emisión de rayos X deba revisarse. Observaciones en otros rangos de energía, como las ondas radio, ayudan a entender sus propiedades. De ahí el interés del estudio de ULXs cercanos, como él de la galaxia vecina de Andrómeda M31, y sobre el cual se ha elaborado este artículo publicado en Nature.

En enero del 2012 el telescopio espacial de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), detectó un exceso en rayos X del sistema binario XMMU J004243.6+412519, en la galaxia Andrómeda. Dado el interés que hay detrás de estos ULXs, observar dicho objeto se convirtió en máxima prioridad, tanto en rayos X como en radio. Fue monitoreado con los telescopios espaciales de rayos X Swift y Chandra durante ocho semanas, y también se realizaron, desde tierra, observaciones en ondas radio desde el observatorio radioastronómico VLA (Very Long Array) y con el VLBA (Very Long Baseline Array), un complejo de 10 antenas ubicadas por todo Estados Unidos y trabajando en red.

Durante meses los científicos analizaron las observaciones y consiguieron precisar la masa del agujero negro, logrando acotarla a una masa 10 veces mayor que la masa del Sol, lo cual confirmó que un ULX podía contener un agujero negro pequeño, difiriendo del escenario sugerido hasta el momento por los demás ULXs detectados.

Los resultados obtenidos por esta investigación han abierto una nueva ventana de comprensión de los agujeros negros y su evolución en el Universo. Comprender el comportamiento de los agujeros negros supone un reto. No obstante, debido a que los microcuásares presentan las mismas características que los cuásares pero a “micro-escalas”, y evolucionan de forma mucho más rápida, son escenarios perfectos para entender la evolución de estos “mega” agujeros ubicados en el centro de las galaxias. Por otro lado, permiten comprender cómo se ha distribuido la masa y la energía en el Universo primitivo y cómo se han formado las galaxias que vemos hoy en día.

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