NRAO & NASA GSFC

Un grupo internacional de astrónomos ha podido determinar el momento en el que se emitieron grandes masas de material a velocidades cercanas a la de la luz desde la región que rodea a un agujero negro.

Dicho descubrimiento, en el que ha participado el investigador Simone Migliari, del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona, España (ICCUB) y del Departamento de Astronomía y Meteorología, es el resultado del seguimiento de este fenómeno, que tuvo lugar en un sistema binario formado por un agujero negro y su estrella compañera.

Estas observaciones se realizaron durante 2009 mediante el conjunto de radiotelescopios de línea de base muy larga (Very Long Baseline Array, VLBA) y el observatorio espacial de la NASA, explorador temporizador de rayos X Rossi (Rossi X-Ray Timing Explorer, RXTE).

Se cree que estos proyectiles de plasma proceden de una región próxima al horizonte de eventos del agujero negro, es decir, el punto a partir del cual nada puede escapar.

Según Simone Migliari, «El estudio de la variabilidad rápida de rayos X es como abrir una ventana a los fenómenos más cercanos a los agujeros negros. Las observaciones simultáneas con RXTE y VLBA permiten asociar variaciones específicas de rayos X con la proyección de materia a gran velocidad observada en la banda de radio».

En este trabajo, liderado por el investigador James Miller-Jones, de la Universidad de Curtin (Australia), y que se presentó el 10 de enero durante el encuentro anual de la Sociedad Astronómica Americana celebrado en Austin, Texas, los astrónomos han estudiado un sistema de agujero negro llamado H1743-322, situado a 28.000 años luz de la Tierra, en la constelación de Scorpio (el escorpión).

Desde su descubrimiento, en 1977, ha estallado varias veces. En este trabajo se presenta concretamente el estallido que se produjo entre mayo y agosto de 2009.

Los agujeros negros en sistemas binarios atrapan material de sus compañeros formando así un disco de material que rota alrededor del agujero negro a una gran velocidad. Como consecuencia, la materia se comprime y se calienta lo suficiente como para emitir rayos X.

A su vez, también emiten chorros de flujo constante de materia que son arrojados en dirección perpendicular al disco. En ocasiones desaparecen y se producen eyecciones energéticas en las que se expulsa material a velocidades cercanas a la de la luz, como las que se han estudiado en este trabajo.

Este tipo de fenómenos pueden producir tanta energía en una hora como la que emite el Sol en cinco años. Además, tal y como se ha podido comprobar en el estudio, van acompañados de cambios en la emisión de rayos X y en el espectro de radio de manera correlacionada.

Más información en: 

http://www.ub.edu/

ESO/ MPE

Astrónomos utilizando el telescopio VLT de la organización Observatorio Europeo Austral, ESO, en Cerro Paranal (Chile), han descubierto una nube de gas, varias veces más masiva que la Tierra, acercándose rápidamente hacia el agujero negro que yace en el centro de la Vía Láctea. Esta es la primera vez que se logra observar el acercamiento irreversible de una nube a un agujero negro supermasivo. Los resultados serán publicados en la edición del 5 de enero de 2012 de la revista Nature.

Como parte de un programa de observación que lleva 20 años usando telescopios de ESO para monitorear el movimiento de las estrellas alrededor del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, un equipo de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel, del Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) de Garching, Alemania, descubrió un nuevo objeto que se acerca rápidamente al agujero negro.

En los últimos siete años, la velocidad de este objeto casi se ha duplicado, llegando a alcanzar más de 8 millones de km/h. Posee una órbita muy alargada y a mediados de 2013 pasará a una distancia de tan sólo 40 mil millones de kilómetros del horizonte de eventos del agujero negro, a una distancia cercana a las 36 horas-luz. En términos astronómicos, se trata de un encuentro muy cercano con un agujero negro supermasivo.

Esta una nube de polvo y gas ionizado, con una masa de aproximadamente tres veces la de la Tierra, es mucho más fría que las estrellas circundantes (no supera los 280 Celsius), y está compuesta principalmente por hidrógeno y helio. La nube brilla a causa de la fuerte radiación ultravioleta de las estrellas calientes que la rodean en el superpoblado corazón de la Vía Láctea.

La actual densidad de la nube es mucho mayor que la del gas caliente que rodea al agujero negro. Pero a medida que la nube se acerca cada vez más a la bestia hambrienta, el aumento de la presión externa irá comprimiendo la nube. Al mismo tiempo, la enorme atracción gravitatoria del agujero negro, que tiene una masa de cuatro millones de veces la masa del Sol, continuará acelerando el acercamiento de la nube, arrastrándola fuera de su órbita.

“La idea de un astronauta que al ir acercándose a un agujero negro se va estirando hasta parecer un espaguetti es muy común en la ciencia ficción. Pero ahora podemos ver que esto le sucede realmente a la nube recién descubierta. No va a sobrevivir esta experiencia”, explica Stefan Gillessen (MPE), autor principal del artículo.

Los bordes de la nube ya están sufriendo perturbaciones y se espera que ésta colapse por completo durante los próximos años. Los astrónomos han podido ver señales claras de un aumento de las perturbaciones en la nube entre 2008 y 2011.

También se espera que el material se vuelva mucho más caliente a medida que se acerque al agujero negro en 2013, incluso es probable que comience a emitir rayos X. En la actualidad existe poco material cerca del agujero negro por lo que esta comida recién llegada se convertirá en el principal combustible para el agujero negro en los próximos años.

Una explicación para la formación de esta nube es que el material provendría de las cercanas estrellas jóvenes masivas que están perdiendo masa rápidamente debido a los fuertes vientos estelares. Estas estrellas literalmente lanzan su gas fuera de ellas. La colisión de vientos estelares provenientes de un conocido sistema binario en órbita alrededor del agujero negro central podría haber impulsado la formación de la nube.

“Los próximos dos años serán muy interesantes y deberían proporcionarnos información muy valiosa sobre el comportamiento de la materia en torno a estos notables objetos masivos”, concluye Reinhard Genzel.

Este estudio fue presentado en el artículo “A gas cloud on its way towards the super-massive black hole in the Galactic Centre”, por S. Gillessen et al., que aparecerá en la edición del 5 de enero de 2012 de la revista Nature.

El equipo está compuesto por S. Gillessen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE], Alemania), R. Genzel (MPE; Department of Physics, University of California [UC], EE.UU.), T. Fritz (MPE, Alemania), E. Quataert (Department of Astronomy, UC, EE.UU.), C. Alig (Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität [LMU], Alemania), A. Burkert (MPE; LMU), J. Cuadra (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), F. Eisenhauer (MPE), O. Pfuhl (MPE), K. Dodds-Eden (MPE), C. Gammie (Center for Theoretical Astrophysics, University of Illinois, EE.UU) y T. Ott (MPE).

Más información en:

http://www.eso.org/

University of Warwick/Dr. Andrew Levan

La explicación más probable sostiene que el estallido puede deberse a la ruptura de una estrella próxima por el agujero negro supermasivo del centro de la galaxia. Gracias a las mediciones realizadas por  el Gran Telescopio Canarias (GTC), gestionado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se obtuvo el primer espectro que sirvió para determinar la distancia al objeto y caracterizar la galaxia en que se encuentra.

El pasado 28 de marzo, el satélite Swift (NASA) alertaba de la detección de una inusual emisión de rayos gamma. En un principio se creyó que se trataba de uno de los ya conocidos estallidos de rayos gamma –o GRBs, por sus siglas en inglés-, que suelen asociarse con la muerte de estrellas muy masivas y pierden intensidad en cuestión de minutos. Pero Sw 1644+57 no sólo mantuvo su luminosidad, sino que se reactivó otras tres veces en 48 horas y muestra una intensidad nunca vista en todas las longitudes de onda, desde rayos gamma hasta radio. Tras un primer análisis quedó claro que no se trataba de un GRB y que su explicación requería de algún nuevo tipo de fuente desconocida hasta la fecha.

Un grupo internacional de astrónomos, en el que participan investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publica esta semana en la revista Science Express los resultados de un estudio intensivo del objeto que atribuye su origen a un mecanismo nunca visto y relacionado con el agujero negro supermasivo en el núcleo de esa galaxia.

Gracias a las mediciones realizadas por el Gran Telescopio Canarias (GTC), gestionado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se obtuvo el primer espectro que sirvió para caracterizar la galaxia en que se encuentra el objeto y a qué distancia: unos 3.800 millones de años luz. El GTC es el mayor telescopio óptico infrarrojo del mundo, con un espejo primario de 10,4 metros de diámetro.

Pocas horas después del estallido, los investigadores emplearon instrumentos en tierra para localizar la contrapartida en óptico de la emisión en rayos gamma. Los datos obtenidos con los telescopios GTC (La Palma), Gemini-North (Hawaii) y Keck (Hawaii) desmintieron la hipótesis inicial que ubicaba el evento dentro de nuestra galaxia.

Se inició entonces una campaña internacional de seguimiento para dilucidar la naturaleza de Sw 1644+57 con algunos de los más avanzados instrumentos disponibles, como el satélite de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble y el Very Large Baseline Array (VLBA). Los investigadores hallaron que el objeto emitía intensamente en todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, y lo ubicaron en las densas regiones centrales de la galaxia.

La intensidad, duración y carácter variable de Sw 1644+57 lo convierten en un objeto astronómico sin precedentes que, dada su posición, parecería estar relacionado con el agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia. El pico máximo de brillo correspondería a un agujero negro de unas diez mil millones de masas solares lo que, sin embargo, supera la masa total de la propia galaxia e indica que en los alrededores del agujero negro ha debido producirse una intensa fulguración, quizá debido a la ruptura de una estrella en las proximidades (posibilidad que contempla otro artículo que se publica en la misma edición de Science Express).

Observatorios empleados en la campaña de observación:

Satélite Swift (NASA), Gran Telescopio Canarias (GTC, La Palma), Gemini-North Telescope (Hawaii), Nordic Optical Telescope (NOT, La Palma), , Keck Telescope (Hawaii), United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT, UK), Peters Automated Infrared Imaging Telescope (PAIRITEL), Chandra X Ray Observatory, Institut de Radioastronomie Milimétrique (IRAM), Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT), Hubble Space Telescope y Very Large Baseline Array (VLBA).

Más información en:

http://www.iac.es/divulgacion.php?op1=16&id=680 y http://www.gemini.edu/node/11646

Matthew McCrory, Francesca Valsecchi & Vicky Kalogera, Northwestern University

En una galaxia muy lejana, un agujero negro excepcionalmente masivo está viajando alrededor de una estrella masiva en una órbita inusualmente estrecha. También es extraño que la estrella no es tan brillante como debería ser. Los astrónomos se han preguntado sobre este sistema binario de rayos X, denominado M33 X-7, pero nadie pudo explicar todas sus características. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad del Noroeste lo ha conseguido.

Los investigadores han elaborado un modelo de la formación y de la historia evolutiva del sistema que explica todas las características observacionales del sistema: la órbita apretada, las grandes masas de la estrella y del agujero negro, la luminosidad en rayos X del agujero negro y por qué su estrella compañera es menos luminosa que lo que cabría esperar, dada su masa.

El modelo evolutivo se publica en la revista Nature. La investigación mejorará la comprensión de los astrónomos de cómo las estrellas masivas evolucionan e interactúan con el ambiente que las alberga, y arrojará luz sobre la física dpor trás del proceso de formación de un agujero negro.

“Nos atrajo este sistema, ya que tiene uno de los agujeros negros más masivos que se han formado a partir de una estrella, y, además, el resto de sus características, especialmente la masa de su estrella compañera y su órbita, no tenía ningún sentido desde un punto de vista evolutivo”, dijo Vicky Kalogera, profesora de física y astronomía en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias de esa Universidad.

M33 X-7 es uno de los pocos conocidos sistemas binarios de rayos X que contienen un agujero negro fuera de nuestra galaxia, y su estrella es la estrella más masiva que se haya descubierto en estos sistemas.

El modelo evolutivo de los investigadores de M33 X-7 se inicia con dos estrellas en un sistema binario (o en órbita una alrededor de la otra). Una estrella es de 100 masas solares (100 veces la masa del Sol), y la otra es de 30 masas solares. Las estrellas se encuentran en una órbita cercana, con la estrella más grande creciendo rápidamente hasta casi envolver a la otra. La estrella inicialmente más pequeña gana material de su compañera, mientras que la estrella inicialmente más grande y más masiva colapsa en un agujero negro en el final de su vida alimentada por la energia nuclear. La órbita se vuelve entonces aún más estrecha.

La estrella, que tiene ahora 70 masas solares, no es tan luminosa como las estrellas de masa similar en parte debido a la forma en que ganó su masa y, en parte debido a la inclinación del sistema con respecto a nosotros. Por un lado, la estrella acreta materia tan rápidamente de su interacción con la otra estrella (ahora un agujero negro) que no puede ajustarse lo suficientemente rápido a su mayor masa. Por lo tanto, la estrella no quema su combustible tan eficientemente como lo puede hacer una estrella no perturbada de esa masa. Por otra parte, la estrella se deforma debido a la presencia cercana de un agujero negro masivo, y la temperatura de la estrella y la luminosidad no son uniformes en toda la superficie. Este efecto, combinado con la inclinación del sistema con respecto a nuestra línea de visión, significa que estamos mirando las más tenues regiones ecuatoriales de la estrella.

Y ahora el agujero negro masivo se vuelve aún más grande. La estrella compañera lo alimenta de materia a través del viento estelar. En ese proceso se emiten rayos X, lo que permite a los astrónomos observar el agujero negro.

“Los agujeros negros solitarios son muy difíciles de observar, pero los sistemas binarios de rayos X, tales como M33 X-7, hacen que los agujeros negro sean visibles para nosotros”, dijo Francesca Valsecchi, estudiante de doctorado en el grupo de investigación Kalogera y autora principal del artículo. “Estos sistemas proporcionan un laboratorio de física único para el estudio de objetos compactos masivos”.

Valsecchi, Kalogera y sus colegas realizaron cálculos detallados de la evolución del sistema binario para explorar posibles trayectorias evolutivas. Se utilizó la información conocida sobre la física de las interacciones estelares binarias y los procesos de formación de agujeros negros.

En su trabajo inicial, se encontraron más de 200.000 secuencias en un cluster de computación de alto rendimiento, que le tomó un par de meses. Luego, los investigadores examinaron una serie de estas secuencias con más detalle y fueron capaces de identificar el modelo final, de acuerdo con todas las características observacionales de M33 X-7.

M33 X-7 es un sistema binario de rayos X descubierto en 2007 en la galaxia Messier 33, conocida como M33. La galaxia Messier 33 está un poco más lejos de nosotros que la galaxia de Andrómeda y se encuentra entre los objetos más lejanos que se pueden ver permanentemente a simple vista.

El título del artículo es Formation of the black-hole binary M33 X-7 via mass-exchange in a tight massive system (La formación del agujero negro binario M33 X-7 a través del intercambio de masas en un sistema masivo apretado). Además de Kalogera y Valsecchi, otros autores del artículo son Evert Glebbeek, Will M. Farr, Tassos Fragos, Bart Willems, Jerome A. Orosz y Liu Jifeng.

Más información en:

http://www.wsunews.wsu.edu/

R. Wagner, Instituto Max Planck de Física Werner Heisenberg

El sistema estéreo MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov), con los mayores telescopios del mundo de rayos gamma de Muy Alta Energía (VHE, por sus siglas en inglés), situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla canaria de La Palma, ha observado rayos gamma procedentes de tres nuevos objetos fuera de la Vía Láctea: una galaxia, un agujero negro supermasivo y una fuente aún desconocida. Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han tenido una participación directa en el descubrimiento de los dos últimos junto con investigadores de otras instituciones que conforman la colaboración MAGIC.

La primera de las fuentes es IC 310, una galaxia situada en la parte externa de la región del cúmulo de galaxias de Perseo. La segunda, el quásar 4C+21.35, alberga un agujero negro supermasivo situado a una distancia de unos 4500 millones de años luz (una tercera parte del radio del Universo), lo que la convierte en la tercera fuente de rayos gamma VHE más distante encontrada hasta el momento. Por último, ha sido detectada la misteriosa fuente 1FGL J2001+435, cuya distancia y naturaleza son aún desconocidas.

Los rayos gamma VHE proceden de los fenómenos más violentos del universo: la explosión de estrellas masivas en forma de supernovas, las estrellas de neutrones que quedan como residuos de muchas de estas explosiones, la materia que cae en los agujeros negros estelares o supermasivos, los núcleos activos de las galaxias, los estallidos de rayos gamma, que se cree que son producidos por el colapso de una estrella gigante rotando muy rápidamente o por el choque de dos estrellas que orbiten una alrededor de la otra, etc.

Un agujero negro difícil de cazar

El IAC ha estado involucrado en el descubrimiento de 4C +21.35 y de 1FGL J2001+435, los dos hallazgos más recientes. Las observaciones de la primera fuente comenzaron el pasado 3 de mayo de 2010 y se realizó un seguimiento hasta el 17 de junio de 2010, día en el que por fin se detectó el agujero negro supermasivo. Este hallazgo supone un avance en los modelos teóricos que tratan de describir los procesos que tienen lugar en este tipo de objetos.

Por otro lado, la observación de la fuente 1FGL J2001+435 se realizó como parte de una campaña de observación multifrecuencia en la que participaban telescopios ópticos, telescopios ultravioleta, de infrarrojos, de rayos X y radio, que cubría la mayor parte del espectro electromagnético. Se trata de una fuente no identificada y de la que no se sabe prácticamente nada, ni la distancia ni el tipo de fuente…Teniendo en cuenta las observaciones de MAGIC y los datos en rayos X, podría tratarse de una galaxia con núcleo activo. La cantidad de rayos gamma medidos y su espectro de energía podrían proporcionar una medida de la distancia.

Colaboración MAGIC

La Colaboración MAGIC, un esfuerzo común de 150 físicos europeos, inauguró en 2003 el mayor telescopio de rayos gamma de Muy Alta Energía del mundo: el telescopio de 17 metros MAGIC-I. En 2008, un segundo telescopio mejorado fue construido a una distancia de 85 metros de MAGIC-I, en el que se consiguió duplicar su sensibilidad con respecto a su ‘gemelo’. MAGIC-II se hizo realidad en gran medida gracias al esfuerzo del responsable del proyecto, Florian Goebel, del Instituto Max Planck de Física, en Múnich, quien lamentablemente murió días antes de la primera luz del telescopio. El segundo telescopio ha convertido a MAGIC en la herramienta con mayor capacidad para cubrir el hueco observacional existente entre satélites y telescopios terrestres.

Los investigadores españoles constituyen casi una tercera parte de este contingente científico y han construido partes decisivas de los dos telescopios, como la cámara de MAGIC-I o el sistema de electrónica de lectura de MAGIC-II. En España está también localizado el centro de tratamiento y almacenamiento de datos de ambos telescopios. Siete instituciones españolas son miembros de MAGIC: el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), el Instituto de Astrofísica de Canarias, el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC/CSIC), el Instituto de Física de Altas Energías, la Universidad Autónoma de Barcelona, la Universidad de Barcelona y la Universidad Complutense de Madrid. Los grupos españoles de este joven campo de investigación reciben el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación y de los proyectos Consolider-Ingenio CPAN y MULTIDARK.

Más información en:
http://www.iac.es/

Heidi Sagerud

Un equipo internacional de astrónomos liderados por la Universidad de Leicester, Reino Unido, ha confirmado la presencia de la fuente de rayos X ultraluminosa más extrema en una galaxia relativamente cercana. El hallazgo, que se publica en The Astrophysical Journal, podría anunciar la existencia de un nuevo tipo de agujeros negros, los de masa intermedia.

Un grupo internacional de astrónomos de Reino Unido, Francia y EE UU, dirigidos desde la británica Universidad de Leicester, ha encontrado pruebas que confirman la distancia y el brillo de la fuente de rayos X ultraluminosa más extrema, lo que podría anunciar que existe una nueva clase de agujero negro.

Se trata de la fuente de rayos X ‘HLX-1’, el miembro más extremo de una extraordinaria clase de objetos (las fuentes de rayos X ultraluminosas), situada en la galaxia ESO 243-49 a una distancia de unos 300 millones de años luz de la Tierra. El espectro óptico de la fuente y su distancia se ha obtenido con el telescopio VLT del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.

Los hallazgos de los astrónomos confirman que es correcta la luminosidad extrema  pues presenta un factor unas 100 veces superior al de la mayoría de los demás objetos de su clase y unas 10 veces mayor que el de la siguiente fuente de rayos X ultraluminosos más brillante.

Esto está obligando a los científicos a replantearse sus teorías sobre el brillo máximo de las fuentes de rayos X ultraluminosos y respalda la idea de que HLX-1 podría contener un agujero negro de masa intermedia, según señala el equipo en el último número de The Astrophysical Journal.

Sus hallazgos les permiten demostrar concluyentemente que HLX-1 se encuentra realmente ubicada en la citada galaxia y que no es ni una estrella en primer plano ni una galaxia en segundo plano. La principal consecuencia de este descubrimiento es que las fuentes de rayos X ultraluminosos como HLX-1 pueden ser más brillantes de lo que inicialmente se pensaba, lo cual encaja con que al menos las más brillantes de ellas alberguen agujeros negros de masa intermedia.

Un agujero negro es un objeto ultradenso con un campo gravitatorio tan intenso que absorbe toda la luz que pasa cerca de él y no refleja nada.

Agujeros negros intermedios

Aunque los astrofísicos sospechaban que podría haber una clase intermedia de agujeros negros, con masas comprendidas entre uno y varios centenares de veces la del Sol, dichos agujeros negros no se habían detectado antes de forma fiable y su existencia ha sido tremendamente discutida dentro de la comunidad astronómica.

“Después de nuestro primer descubrimiento de la fuente de rayos X ultrabrillantes, nos interesaba mucho averiguar la distancia a la que realmente estaba, para así poder calcular cuánta radiación genera este agujero negro”, explica el autor principal del artículo, Klaas Wiersema, del Departamento de Física y Astronomía de Leicester.

“En imágenes tomadas con grandes telescopios, pudimos ver que una fuente óptica tenue estaba presente en la ubicación de la fuente de rayos X, situada cerca del núcleo de una galaxia grande y brillante. Sospechábamos que esta fuente óptica tenue estaba directamente relacionada con la fuente de rayos X pero, para estar seguros, teníamos que estudiar la luz de esta fuente en detalle mediante el telescopio VLT, en Chile”.

“Los datos que obtuvimos usando el VLT tenían una calidad muy alta y nos permitieron separar la luz de la galaxia grande y brillante de la de la fuente óptica tenue”, prosigue.

“Para nuestra inmensa alegría, encontramos en las mediciones resultantes exactamente lo que esperábamos: se detectaba la luz característica de los átomos de hidrógeno, lo que nos permitía medir con precisión la distancia a la que estaba este objeto. Esto nos proporcionó una prueba concluyente de que el agujero negro realmente estaba situado dentro de la galaxia grande y brillante, y de que HLX-1 es la fuente de rayos X ultraluminosos más brillante que se conoce”.

“Ahora que hemos determinado la distancia a la que está este agujero negro y que sabemos dónde se encuentra, nos gustaría averiguar qué hace que esta fuente sea tan brillante y cómo terminó en esa gran galaxia”.

Este resultado es “muy importante” para los investigadores, ya que es compatible con la idea de que HLX-1 contiene un agujero negro de masa intermedia. Las fuentes de rayos X ultraluminosos se encuentran entre los candidatos más prometedores a albergar agujeros negros de masa intermedia, con masas comprendidas entre las de los agujeros negros de masa estelar (entre unas 3 y 20 veces la masa del Sol) y las de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias (entre un millón y 1.000 millones de veces la masa del Sol).

Confirmar el intenso brillo

Ahora, el equipo de investigación puede probar concluyentemente que HLX-1 no está en nuestra galaxia y que no es un agujero negro supermasivo del centro de una galaxia lejana situada en segundo plano. Este resultado también confirma que realmente es tan brillante como se pensaba.

Didier Barret, del Centro de Estudio Espacial de las Radiaciones de Francia, comenta: “Los observatorios de rayos X XMM-Newton y Swift están observando atentamente esta fuente. Los últimos datos, que se obtuvieron cuando HLX-1 era muy tenue, indican que su comportamiento es muy similar al de los agujeros negros de masa estelar de nuestra propia galaxia, pero con un brillo entre unas 100 y 1.000 veces superior”.

Sean Farrell, también del Departamento de Física y Astronomía de Leicester, “esto es muy difícil de explicar sin la presencia de un agujero negro de masa intermedia con una masa aproximada de entre 500 y 10.000 veces la del Sol. Por tanto, HLX-1 está, hasta ahora, resistiendo el escrutinio de la comunidad astronómica internacional”.

Se piensa que los centros de la mayoría de las galaxias contienen agujeros negros supermasivos y que estos poderosísimos núcleos tienen un enorme impacto en la galaxia que los rodea.

Los agujeros negros supermasivos depositan una inmensa cantidad de energía en las galaxias que los albergan, lo que tiene consecuencias tremendas en la formación de estrellas y el crecimiento de la galaxia en general. Los agujeros negros de masa intermedia podrían ser los elementos con los que se construyen los agujeros negros supermasivos.

“Entender cómo se forman y crecen los agujeros negros supermasivos es, por tanto, crucial para nuestra comprensión de la formación y evolución de las galaxias, lo que, a su vez, forma parte del camino que lleva a responder una de las preguntas realmente importantes: ¿cómo se formó y evolucionó nuestra galaxia?”, plantea el experto.

Los siguientes pasos

Sigue habiendo bastantes dudas sobre si todas las fuentes de rayos X ultraluminosos contienen agujeros negros de masa intermedia. El equipo de investigación de Farrell seguirá estudiando HLX-1 para comprender cómo se formó, dónde se ubica y qué la alimenta.

Con el fin de que puedan hacerlo, se les ha concedido cierto tiempo en el telescopio espacial Hubble para que tomen las imágenes de mayor resolución posible de esta galaxia anfitriona, lo cual les permitirá investigar en detalle la naturaleza del entorno que rodea a HLX-1 y la galaxia que la alberga. Una vez que se lleven a cabo las observaciones del Hubble, la mayoría de los grandes observatorios se habrán utilizado para estudiar esta fuente. Para preparar las observaciones del VLT también se usaron datos de los telescopios Magellan (gestionados desde Estados Unidos).

El siguiente paso será averiguar si hay más objetos tan extremos como este y comparar lo que saben sobre HLX-1 con el conjunto de las fuentes de rayos X ultraluminosos. Esto les ayudará a comprender cuántos agujeros negros de masa intermedia podría haber en el espacio y dónde es probable que los encuentren.

Más información en:

http://www2.le.ac.uk/

http://www.plataformasinc.es/

S. Kazantzidis et al. /OSU

Astrónomos creen que han descubierto el origen de los primeros agujeros negros  supermasivos del Universo, formados hace unos 13 mil millones de años.
El descubrimiento cubre un capítulo perdido de la historia temprana del Universo y podría ayudar a escribir el capítulo siguiente - para que los científicos entiendan mejor cómo gravedad y materia oscura formaron el Universo tal como lo conocemos.

En la revista Nature, el astrónomo Stelios Kazantzidis de la Universidad del Estado de Ohio y sus colegas, describen simulaciones por computadora en las que modelan la evolución de las galaxias y los agujeros negros durante los primeros millones de años después del Big Bang.

Se piensa que el Universo tiene 14 mil millones de años. Otros astrónomos determinaron recientemente que las grandes galaxias  se formaron mucho antes en la historia del Universo de lo que se pensaba -dentro de los primeros mil millones de años, explicó Kazantzidis.

Estas nuevas simulaciones muestran que los primeros agujeros negros supermasivos probablemente nacieron cuando esas galaxias tempranas colisionaron y se fusionaron.
“Nuestros resultados agregan un nuevo hito para la importante comprensión de cómo se forman las estructuras en el Universo”, dijo.

Durante más de dos décadas, el conocimiento prevaleciente entre los astrónomos había sido que las galaxias evolucionaron jerárquicamente - es decir, la gravedad atrajo pequeños trozos de materia en primer lugar, y esos pequeños trozos poco a poco se reunieron para formar estructuras más grandes.

Kazantzidis y su equipo cambiaron esa noción en su cabeza.

“Junto con estos otros descubrimientos, nuestros resultados muestran que las grandes estructuras – galaxias y agujeros negros masivos – se construyeron rápidamente en la historia del Universo”, dijo. “Sorprendentemente, esto es contrario a la formación de la estructura jerárquica”.

“La paradoja se resuelve cuando se percibe que la materia oscura crece jerárquicamente, pero no así la materia ordinaria”, continuó. “La materia normal que compone las galaxias visibles y los agujeros negros supermasivos se contraen de manera más eficiente y esto era cierto también cuando el Universo era muy joven, dando lugar a la formación antijerárquica de galaxias y agujeros negros”.

Para Kazantzidis y otros astrónomos, nuestra galaxia, la Vía Láctea, es pequeña en comparación con otras.

Así que cuando se trata de materia normal, los pedazos grandes como galaxias gigantes y agujeros negros supermasivos se juntan rápidamente y los más pequeños como nuestra propia Vía Láctea – y el relativamente pequeño agujero negro en su centro – lo hicieron más lentamente. Las galaxias que formaron estos primeros agujeros negros supermasivos todavía están alrededor, añadió Kazantzidis.

“Uno de ellos está probablemente en nuestro vecino cúmulo de Virgo, la galaxia elíptica M87″, dijo. “Las galaxias que vimos en nuestra simulación serían las más grandes conocidas hoy, cerca de 100 veces el tamaño de la Vía Láctea. M87 se ajusta a esa descripción”.

Ellos comenzaron sus simulaciones con dos galaxias primigenias gigantes – hechas con estrellas formadas alrededor en el comienzo del Universo. Los astrónomos creen que en aquel entonces todas las estrellas eran mucho más masivas que las actuales – hasta 300 veces la masa del Sol.

A continuación, los astrónomos simularon las galaxias chocando y fusionándose.

Los astrónomos fueron capaces de hacer su descubrimiento utilizando supercomputadoras para proporcionar una vista en alta resolución de lo que ocurrió después.

Simulaciones anteriores mostraron detalles de la galaxia fusionada de sólo unos 300 años luz de diámetro. Un año luz es la distancia que la luz viaja en el año, cerca de 10 billones de kilómetros.

Estas nuevas simulaciones contienen características que eran 100 veces más pequeñas y revelaron detalles del corazón de las galaxias fusionadas a una escala de menos de un año luz.

Los astrónomos vieron que ocurrían dos cosas. En primer lugar, el gas y el polvo en el centro de las galaxias se condensaron para formar un estrecho disco nuclear. A continuación, el disco se hizo inestable, y el gas y el polvo se contrajeron una vez más, para formar una nube incluso más densa que eventualmente dio lugar a un agujero negro supermasivo.

Las implicaciones para la cosmología son profundas, dijo Kazantzidis.

“Por ejemplo, la idea estándar – que las propiedades de una galaxia y la masa de su agujero negro central están relacionadas debido a que los dos crecen en paralelo – tendrán que ser revisadas. En nuestro modelo, el agujero negro crece mucho más rápido que la galaxia. Por ello, podría ser que el agujero negro no esté regulado en absoluto por el crecimiento de la galaxia. Podría ser que la galaxia esté regulada por el crecimiento del agujero negro”.

Él y sus colegas creen también que su trabajo ayudará a los astrónomos que están buscando en los cielos pruebas directas de la teoría de Einstein de la relatividad general: las ondas gravitacionales.

De acuerdo con la relatividad general, cualquier fusión de galaxias antiguas habría creado enormes ondas gravitacionales – ondulaciones en el continuo espacio-tiempo – los restos de las cuales todavía deben ser visibles hoy. Nuevos detectores de ondas gravitacionales, tales como la antena espacial de interferómetro laser LISA, de la NASA, fueron diseñados para detectar estas ondas directamente y abrir una nueva ventana a los fenómenos astrofísicos y físicos que no pueden ser estudiados de otras formas.

Los científicos necesitan saber cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en el Universo primigenio y cómo se distribuyen en el espacio hoy para interpretar los resultados de los experimentos. Las nuevas simulaciones por computadora deberían proporcionar una pista.

Los coautores del artículo de Nature incluyen a Lucio Mayer y Simone Callegari del Instituto de Física Teórica en la Universidad de Zurich y Andrés Escala, anteriormente de la Universidad de Stanford y ahora en la Universidad de Chile.

Más información en:

http://researchnews.osu.edu/

Rayos X: NASA/ CXC/ UMD/ Hodges-Kluck et al.; Radio: NSF/ NRAO/ VLA/ UMD/ Hodges-Kluck et al.

Esta semana, el telescopio espacial de rayos X Chandra, de la NASA, hizo pública una imagen de la radiogalaxia 4C 00.58 que muestra los efectos de un gigantesco agujero negro que se ha retorcido dos veces, causando que el eje de rotación apunte en una dirección distinta de la que lo hacía anteriormente.

En el centro de 4C 00.58 hay un agujero negro supermasivo que está  tironeando activamente grandes cantidades de gas. El gas girando y cayendo hacia el agujero negro forma un disco alrededor de él, generando fuertes fuerzas electromagnéticas que impulsan parte del gas, alejándolo del disco a alta velocidad, produciendo chorros en ondas de radio. La imagen de radio de esta galaxia muestra un par de chorros brillantes apuntando de izquierda a derecha y una línea más débil y distante de emisiones de radio corriendo aproximadamente de arriba a abajo, en la imagen. La imagen etiquetada muestra estos dos conjuntos de emisiones de radio. Esta galaxia pertenece a una clase de galaxias ”en forma de X”,  debido a la silueta de las emisiones de radio.

La imagen en rayos X del gas caliente dentro y alrededor de 4C 00.58 revela cuatro cavidades diferentes (regiones donde la emisión de rayos X es más baja que la emisión promedio) alrededor del agujero negro. Estas cavidades  se presentan en pares: uno en la parte superior derecha e inferior izquierda (con la etiqueta cavidades # 1 y # 2, respectivamente), y otro en la parte superior izquierda e inferior derecha (cavidades etiqueta # 3 y # 4, respectivamente). Se aplicó procesamiento especial a esta imagen para que las cavidades aparezcan más evidentes.

De acuerdo con el escenario presentado por un nuevo estudio realizado por E.Hodges-Kluck y colaboradores (publicado en Astrophysical Journal Letters), el eje de giro del agujero negro corría a lo largo de una línea diagonal desde la parte superior-derecha hasta la inferior-izquierda. La galaxia luego chocó con una galaxia más pequeña. Una posible evidencia de esta colisión se ve en la imagen óptica, con la forma de un caparazón estelar. Después de esta colisión, se encendió un chorro propulsado por el agujero negro, expulsando gas para formar las cavidades # 1 y # 2 en el gas caliente. Dado que el gas que caía hacia el agujero negro no estaba alineado con el giro del agujero negro, el eje de giro del agujero negro rápidamente cambió de dirección, y los chorros luego apuntaron en una dirección aproximada  de superior-izquierda a inferior-derecha, creando las cavidades # 3 y # 4 y la emisión de radio, en esta dirección.

Entonces, o bien la fusión de los dos agujeros negros centrales de las galaxias en colisión, o bien más gas cayendo hacia el agujero negro, causaron que el eje de rotación se moviese a su dirección actual, aproximadamente de izquierda a derecha.

Más información en:

http://chandra.harvard.edu/

SDSS

Un equipo internacional de científicos, liderados por el Profesor Distinguido de la Universidad Estatal de Pensilvania Donald Schneider, ha anunciado la finalización de un censo masivo en el que han identificado los cuásares de un cuarto del cielo. El trabajo del equipo es parte del Relevamiento Digital del Cielo Sloan (SDSS), un esfuerzo de investigación y descubrimiento de casi una década de duración usando un telescopio de 2,5 metros, situado en el Observatorio Apache Point, en Nuevo México, Estados Unidos. El catálogo completo de cuásares, que se publicará en la edición de junio de 2010 de la revista Astronomical Journal, incluye 105.783 cuásares, más del 96 por ciento de los cuales fueron descubiertos por el SDSS.

“Los cuásares son cientos de veces más luminosos que toda nuestra galaxia, aunque generan esta tremenda energía en regiones similares, en escala, a la del Sistema Solar”, dice Schneider. “La mejor explicación de este extraordinario fenómeno es que estamos siendo testigos de la energía luminosa emitida por el material que cae a los agujeros negros con masas de cientos de millones de veces, o incluso miles de millones de veces, la del Sol”.

James Gunn, Profesor de la cátedra Eugene Higgins de astronomía en la Universidad de Princeton, ha trabajado desde el inicio del proyecto SDSS como científico del proyecto. El SDSS ha obtenido imágenes del cielo e información espectroscópica detallada de aproximadamente un millón de objetos. “Nuestro objetivo original era determinar las distancias a un millón de galaxias y 100.000 cuásares”, dice Gunn. “Esto se vio como un objetivo extremadamente ambicioso dado que en la época en la que estábamos diseñando el estudio, se habían identificado menos de 6000 cuásares. Estamos encantados de haber sido capaces de superar nuestros objetivos tanto en galaxias como en cuásares”. El Presidente Obama galardonó a Gunn con la Medalla Nacional de las Ciencias, en octubre de 2009, en reconocimiento a su liderazgo del SDSS.

Varios científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania realizaron contribuciones clave al esfuerzo de SDSS con los cuásares. El diseño del método usado para seleccionar los cuásares fue liderado por el becario posdoctoral de la Universidad Estatal de Pensilvania Gordon Richards (ahora profesor asociado en la Universidad de Drexel). “Este conjunto de cuásares será de gran uso para la comunidad científica”, dice Richards. “Además del propio censo, el relevamiento de cuásares ha realizado un número de descubrimientos clave, incluyendo el hallazgo de la mayor parte de objetos lejanos conocidos en el Universo y de un número de lentes gravitatorias”.

Mientras estaba en la Universidad Estatal de Pensilvania, Richards, junto con el estudiante graduado Michael Weinstein (ahora en Connecticut College), usó las primeras observaciones de SDSS para desarrollar una técnica de medida de distancias a los cuásares basada únicamente en los colores de las imágenes de SDSS. Esta técnica ha llevado a la capacidad de identificar más de 1 millón de candidatos a cuásares altamente probables, en los archivos de datos del SDSS.

Niel Brandt, Profesor Distinguido de Astronomía y Astrofísica, el investigador senior asociado Daniel Vanden Berk (ahora profesor asociado en St. Vincent College), y el becario posdoctoral Nicholas Ross (ahora becario posdoctoral en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley) también han sido miembros del equipo de cuásares del SDSS en la Universidad Estatal de Pensilvania. “El relevamiento de cuásares requirió la contribución de decenas de científicos de todo el mundo”, dice Vanden Berk. “Hubo que analizar terabytes de información de imágenes para identificar los candidatos a cuásares, y tuvimos que observar los candidatos con espectrógrafos para determinar si eran cuásares o no”.

El artículo del Astronomical Journal, intitulado “The Sloan Digital Sky Survey Quasar Catalog. V. Seventh Data Release” está on-line en http://iopscience.iop.org/1538-3881/139/6/2360. El telescopio SDSS de propósitos especiales está ahora implicado en un número de estudios astronómicos que continuarán hasta 2014, variando desde el descubrimiento de nuevos planetas hasta el mapeo de las estructuras a gran escala del Universo.

Más información en:

http://live.psu.edu/

NASA/JPL-Caltech

El ir contra la corriente puede llegar a ser un movimiento de gran alcance para los agujeros negros. Una nueva investigación sugiere que un agujero negro supermasivo retrógrado (que gira en sentido opuesto al de su disco de acreción) podría producir eyecciones de gas más feroces. Los resultados tienen grandes implicaciones en cómo cambian las galaxias con el tiempo.

“Mucho de lo que ocurre en una galaxia entera depende de lo que está pasando en la región minúscula central donde se encuentra el agujero negro”, dijo el astrofísico teórico David Garofalo, del Laboratorio de Propulsión a Reacción, JPL, de la NASA, en Pasadena, California. Garofalo es el autor principal de un nuevo artículo que apareció, en línea, el 27 de mayo de 2010, en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society. Otros autores son Daniel A. Evans, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, MA, y Rita M. Sambruna, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, Greenbelt, Maryland.

Los agujeros negros son distorsiones inmensas en el espacio y el tiempo debidas a su gravedad, tal  grandes que ni la luz puede escapar. Los astrónomos saben, desde hace más de una década, que todas las galaxias, incluyendo nuestra propia Vía Láctea, están ancladas por agujeros negros enormes llamados supermasivos, que contienen miles de millones de veces la masa del Sol. El agujero negro está rodeado y alimentado por discos de gas y polvo, llamados discos de acreción. Potentes chorros fluyen por encima y por debajo de los discos, como rayos láser, y vientos feroces soplan hacia afuera de los propios discos.

El agujero negro puede girar, tanto en el mismo sentido que su disco (llamado agujero negro progrado)  o en sentido opuesto a éste (agujero negro retrógrado). Durante décadas, los astrónomos pensaron que cuanto más rápido girase el agujero negro, más poderoso sería su jet. Pero hubo problemas con este modelo del “paradigma del giro”. Por ejemplo, se encontraron algunos agujeros negros progrados sin eyecciones.

Garofalo y sus colegas han estado muy ocupados poniendo el modelo patas arriba. En trabajos anteriores, ellos proponían que los agujeros negros retrógrados arrojaban jets más poderosos, mientras que los agujeros negros progrados los tenían más débiles o no tenían chorro alguno.

El nuevo estudio vincula la teoría de los investigadores con las observaciones de las galaxias a través del tiempo o, a diferentes distancias de la Tierra. Ellos observaron tanto galaxias muy ruidosas en ondas de radio con chorros, como otras silenciosas, en esas ondas, con jets  débiles o sin ellos. Nos referimos a ondas de  radio porque los jets son particularmente disparados en esas longitudes de onda de la luz.

Los resultados mostraron que  las galaxias distantes más ruidosas en radio son alimentadas por agujeros negros retrógrados, mientras que los objetos más cercanos relativamente tranquilos en radio tienen agujeros negros progrados. Según el equipo, el agujero negro supermasivo evoluciona con el tiempo de un estado retrógrado a un estado progrado.

“Este nuevo modelo también resuelve una paradoja en el viejo paradigma de giro”, dijo David Meier, astrofísico teórico del JPL que no participó en el estudio. “Ahora todo encaja perfectamente en su lugar”.

Los científicos dicen que los agujeros negros retrógrados disparan chorros más potentes porque hay más espacio entre el agujero negro y el borde interior del disco orbital. Esta diferencia proporciona más espacio para la acumulación de campos magnéticos, que alimentan los chorros, una idea conocida como la conjetura de Reynold, en honor al astrofísico teórico Chris Reynolds de la Universidad de Maryland, en College Park.

“Si te imaginas a ti mismo tratando de acercarte a un ventilador, te puedes imaginar que moviéndote en la misma dirección de rotación que el ventilador las cosas serían más fáciles”, dijo Garófalo. “El mismo principio se aplica a estos agujeros negros. El material orbitando a su alrededor en un disco se acercará más a los que están girando en la misma dirección comparado con los que giran en sentido contrario”.

Las eyecciones y los vientos desenpeñan un papel clave en la configuración del destino de las galaxias. Algunas investigaciones muestran que los jets pueden retrasar e incluso evitar la formación de estrellas no sólo en su propia galaxia, sino también en otras galaxias cercanas.

“Los chorros transportan enormes cantidades de energía a las afueras de las galaxias, desplazando grandes volúmenes de gas intergaláctico, y actúan como agentes de retroalimentación entre el centro de la galaxia y el medio ambiente a gran escala”, dijo Sambruna. “Comprender su origen es de primordial interés para la astrofísica moderna”.

Más información en:

http://www.jpl.nasa.gov/