El disco del agujero negro que no debería existir

A la izquierda, una imagen del telescopio espacial Hubble de la galaxia espiral NGC 3147, ubicada a 130 millones de años luz en la dirección de la constelación del norte Draco. A la derecha, una ilustración artística del agujero negro supermasivo que reside en el núcleo de la galaxia. Este monstruoso agujero negro pesa alrededor de 250 millones de veces la masa de nuestro sol. Sin embargo, el agujero negro de NGC 3147 es relativamente inactivo, y los astrónomos no esperaban encontrar un disco delgado. Imagen vía NASA (imagen del Hubble: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor y M. Chiaberge. Ilustración: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).

Los astrónomos que usaron el telescopio espacial Hubble dijeron a principios de este mes que encontraron un delgado disco de material que no debería estar allí, girando alrededor de un agujero negro supermasivo en el corazón de una galaxia espiral a unos 130 millones de años luz de distancia. Los astrónomos no esperaban ver un disco alrededor del agujero negro en el centro de la galaxia NGC 3147. Se pensaba que esta galaxia contenía un gran ejemplo de un agujero negro supermasivo inactivo, uno que no se "alimentaba" de grandes cantidades de material girando en él desde un disco acompañante. Sin embargo, aparentemente, el disco existe. Parece el mismo tipo de disco que, en el caso de los agujeros negros bien alimentados en otras galaxias, se ha visto que produce un faro brillante llamado cuásar. Pero no hay quásar aquí. El agujero negro central es tranquilo. Y entonces ... ¡un misterio!

El primer autor del estudio, Stefano Bianchi, de la Università degli Studi Roma Tre en Roma, Italia (@astrobianchi en Twitter), dijo en un comunicado:

El tipo de disco que vemos es un cuásar reducido que no esperábamos que existiera. Es el mismo tipo de disco que vemos en objetos que son 1, 000 o incluso 100, 000 veces más luminosos. Las predicciones de los modelos actuales para la dinámica de los gases en galaxias activas muy débiles fallaron claramente.

Sin embargo, el equipo está entusiasmado con este descubrimiento. Les da la oportunidad de explorar la física de los agujeros negros y sus discos más a fondo. Además, dijeron, el agujero negro y su disco ofrecen:

... una oportunidad única para probar las teorías de la relatividad de Albert Einstein. La relatividad general describe la gravedad como la curvatura del espacio, y la relatividad especial describe la relación entre el tiempo y el espacio.

El artículo del equipo se publicó el 11 de julio de 2019 en la revista revisada por pares Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

¿Por qué los astrónomos no esperaban este disco de agujero negro? ¿No son los agujeros negros típicamente rodeados de discos como este? No exactamente. Los agujeros negros supermasivos centrales en galaxias como NGC 3147 parecen a los astrónomos como "desnutridos". Eso se cree que es porque no hay suficiente material gravitacionalmente capturado para alimentarlos regularmente. La NASA explicó:

Entonces, la fina neblina de material que cae se hincha como una rosquilla en lugar de aplanarse en un disco en forma de panqueque. Por lo tanto, es muy sorprendente por qué hay un disco delgado que rodea un agujero negro muerto de hambre en NGC 3147 que imita discos mucho más potentes que se encuentran en galaxias extremadamente activas con agujeros negros monstruosos y repletos.

Los astrónomos inicialmente seleccionaron esta galaxia para validar modelos aceptados que explican galaxias como NGC 3147, aquellas con agujeros negros en una dieta escasa de material. Uno de los astrónomos involucrados en el estudio, Ari Laor del Instituto Tecnológico Technion-Israel ubicado en Haifa, Israel, comentó en un comunicado:

Pensamos que este era el mejor candidato para confirmar que debajo de ciertas luminosidades, el disco de acreción ya no existe. Lo que vimos fue algo completamente inesperado. Encontramos características de producción de gas en movimiento que solo podemos explicar como producidas por material que gira en un disco delgado muy cerca del agujero negro.

Concepto artístico del disco del agujero negro alrededor de la galaxia NGC 3147. Las observaciones del Telescopio Espacial Hubble del agujero negro demuestran 2 de las teorías de la relatividad de Einstein. Imagen vía NASA.

Estos astrónomos dijeron que esta galaxia, su agujero negro y su misterioso disco les están dando la oportunidad de usar las teorías de la relatividad de Einstein para explorar los procesos dinámicos cercanos a un agujero negro. Se cree que la masa del agujero negro es de alrededor de 250 millones de soles; eso contrasta con 4 millones de soles para el agujero negro central inactivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Bianchi dijo:

Este es un vistazo intrigante a un disco muy cerca de un agujero negro, tan cerca que las velocidades y la intensidad de la atracción gravitacional están afectando la apariencia de los fotones de luz. No podemos entender los datos a menos que incluyamos las teorías de la relatividad.

En la ilustración de arriba, las características de color amarillo rojizo que giran alrededor del agujero negro representan el resplandor de la luz del gas atrapado por la poderosa gravedad del agujero. El Hubble registró material girando alrededor del agujero negro mientras se movía a más del 10 por ciento de la velocidad de la luz. La NASA explicó:

El agujero negro está incrustado en lo profundo de su campo gravitacional, que se muestra en la cuadrícula verde que ilustra el espacio deformado. El campo gravitacional es tan fuerte que la luz está luchando por salir, un principio descrito en la teoría de la relatividad general de Einstein. El material también está girando tan rápido alrededor del agujero negro que se ilumina a medida que se acerca a la Tierra en un lado del disco y se vuelve más débil a medida que se aleja. Este efecto, llamado emisión relativista, fue predicho por la teoría de la relatividad especial de Einstein.

El miembro del equipo Marco Chiaberge comentó:

Nunca hemos visto los efectos de la relatividad general y especial en luz visible con tanta claridad.

En pocas palabras: los astrónomos no esperaban ver un disco delgado alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia NGC 3147. Dijeron que el descubrimiento les ayuda a explorar la física de los agujeros negros y sus discos. Las velocidades involucradas, y la intensidad del tirón gravitacional del agujero en sí, requieren las teorías de la relatividad de Einstein para comprender lo que está sucediendo en este sistema distante, a 130 millones de años luz de distancia.

Fuente: HST revela una región de línea ancha compacta ligeramente relativista en el candidato verdadero tipo 2 NGC 3147

A través de la NASA