Un agujero negro supermasivo disparó un resplandor lejos de nosotros, pero su intensa gravedad redirigió la explosión en nuestra dirección.

Casi visto, el turbulento disco de gas que orbita un agujero negro adquiere una loca apariencia de doble joroba. La intensa gravedad del agujero negro altera los caminos de la luz proveniente de diferentes partes del disco, lo que resulta en una imagen distorsionada. El intenso campo gravitacional del agujero negro redirige y distorsiona la luz de diferentes partes del disco, pero exactamente lo que vemos depende de nuestro ángulo de visión. La mayor distorsión ocurre cuando se ve el sistema como un trapezoide. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman

En 1916, Albert Einstein finalizó la teoría de la relatividad general, un viaje que comenzó en 1905 con sus intentos de reconciliar las teorías de la gravedad de Newton con las leyes del electromagnetismo. Una vez completada, la teoría de Einstein proporcionó una descripción unificadora de la gravedad como una propiedad geométrica del universo, en la que los objetos masivos alteran la curvatura del espacio-tiempo, afectando todo lo que los rodea.

Además, las ecuaciones de campo de Einstein predicen la existencia de agujeros negros, objetos tan masivos que ni siquiera la luz puede escapar de sus superficies. GR también predice que los agujeros negros desviarán la luz en su vecindad, un efecto que los astrónomos pueden usar para detectar objetos distantes. Basándose en esta técnica, un equipo internacional de científicos ha logrado una hazaña sin precedentes al observar la luz causada por el resplandor de los rayos X que se produjo detrás de un agujero negro.

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El equipo fue dirigido por el Dr. Dan Wilkins, astrofísico del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología de la Universidad de Stanford y astrofísico. NASA Compañero de clase de Einstein. A él se unieron investigadores de la Universidad de Saint Mary en Halifax, Nueva Escocia. El Instituto de Gravedad y el Universo de Penn State y el Instituto Holandés de Investigación Espacial SRON.

Ecos de luz detrás de un agujero negro

Ilustración de cómo se hace eco de la luz detrás de un agujero negro. Crédito: ESA

Usando los telescopios espaciales XMM-Newton de la ESA y NuSTAR de la NASA, Wilkins y su equipo observaron estallidos de rayos X brillantes provenientes de una masa supermasiva. Calabozo (SMBH) se encuentra en el centro de I Zwicky 1, una galaxia espiral ubicada a 1.800 años luz de la Tierra. Los astrónomos no esperaban ver esto, pero debido a la intensa gravedad del agujero SMBH (que proviene de 10 millones de masas solares), las llamaradas detrás de él son visibles para XMM-Newton y NuSTAR.

El descubrimiento se realizó en el contexto de una encuesta destinada a aprender más sobre la luz de rayos X brillante y misteriosa que rodea el horizonte de eventos de un agujero negro. Se cree que este “halo” (como se le llama) es causado por el gas que cae constantemente en el agujero negro y forma un disco giratorio a su alrededor. Cuando el anillo se acelera a una velocidad cercana a la de la luz, se calienta hasta millones de grados y genera campos magnéticos que se retuercen en nudos.

Finalmente, estos campos se retuercen hasta el punto de explotar, liberando toda la energía almacenada en su interior. Esta energía luego se transfiere al material en el disco circundante, produciendo un “halo” de electrones de rayos X de alta energía. Las llamaradas de rayos X fueron visibles por primera vez para Wilkins y su equipo en forma de ecos de luz, que se reflejaban por la acumulación de partículas de gas en la cara del agujero negro.

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En este caso, el resplandor de los rayos X observado fue tan brillante que algunos rayos X arrojaron luz sobre el disco de gas que cae en el agujero negro. A medida que las bengalas retrocedían, los telescopios captaron destellos más débiles, que eran ecos de las bengalas que rebotaban en el gas detrás del agujero negro. La luz de estos destellos fue reflejada por la intensa gravedad del agujero negro y se hizo visible para los telescopios, pero con un ligero retraso.

Satélite XMM Newton

Esta ilustración muestra la misión de rayos X XMM-Newton, el mayor satélite científico creado por la Agencia Espacial Europea (ESA) hasta la fecha, en órbita terrestre. Crédito: ESA / D. Ducrosse

El equipo pudo determinar la fuente de los destellos de rayos X basándose en los “colores” específicos de la luz (su longitud de onda específica) emitida. Los colores de los rayos X que provenían del otro lado del agujero negro cambiaron ligeramente debido al intenso entorno gravitacional. Agregue a esto el hecho de que los ecos de rayos X se ven en diferentes momentos dependiendo de dónde se reflejen en el disco, contienen mucha información sobre lo que está sucediendo alrededor del agujero negro.

Como resultado, estas observaciones no solo confirmaron el comportamiento predicho por la relatividad general, sino que también permitieron al equipo estudiar los procesos que ocurren detrás de un agujero negro por primera vez. En un futuro próximo, Wilkins y su equipo quieren utilizar esta tecnología para crear un mapa en 3D de los alrededores del agujero negro e investigar otros misterios de los agujeros negros. Por ejemplo, Wilkins y sus colegas quieren resolver el misterio de cómo la corona produce destellos de rayos X tan brillantes.

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Estas misiones continuarán dependiendo del Telescopio Espacial XMM-Newton, así como del observatorio de rayos X de próxima generación propuesto por la Agencia Espacial Europea conocido como Telescopio de Astrofísica Avanzada de Alta Energía (ATHENA). Estos y otros telescopios espaciales que se lanzarán en los próximos años prometen revelar mucho sobre las partes del universo que no podemos ver y arrojar más luz sobre sus muchos secretos.

Publicado originalmente en universo hoy.

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