Los astrónomos diseccionan un agujero negro supermasivo con lentes de aumento naturales


Combinando una doble "lente de aumento" natural con la potencia del Telescopio Muy Grande de ESO, los astrónomos han escrutado la parte interior del disco alrededor de un agujero negro supermasivo a 10 mil millones de años luz de distancia. Fueron capaces de estudiar el disco con un nivel de detalle miles de veces mejor que lo ofrecido por los mejores telescopios del mundo, proporcionando la primera prueba observacional de los modelos teóricos predominantes de tales discos.





El equipo de astrónomos de Europa y los Estados Unidos estudiaron la “Cruz de Einstein”, un famoso espejismo cósmico. Esta configuración en forma de cruz consta de cuatro imágenes de una única fuente muy lejana. Las múltiples imágenes son el resultado de una lente gravitatoria de una galaxia en primer plano, un efecto que fue predicho por Albert Einstein como una consecuencia de su teoría de la relatividad general. La fuente de luz en la Cruz de Einstein es un quásar aproximadamente a 10 mil millones de años luz de distancia, mientras que la galaxia que actúa como lente en primer plano está diez veces más cerca. La luz del quásar se dobla en su camino y es ampliada por el campo gravitatorio de la galaxia lente.

Este efecto de ampliación, conocido como “macrolente”, en el cual una galaxia desempeña el papel de una lente amplificadora cósmica o un telescopio natural, demuestra ser muy útil en la astronomía, dado que nos permite observar objetos lejanos que de otro modo serían demasiado débiles para explorarlos usando los telescopios actuales. “La combinación de esta ampliación natural con el uso de un gran telescopio nos proporciona los detalles más finos jamás obtenidos”, explica Frédéric Courbin, líder del programa de estudio de la Cruz de Einstein con el Telescopio Muy Grande de ESO.

Además de la macrolente de la galaxia, las estrellas de la galaxia lente actúan como lentes adicionales produciendo una ampliación adicional. Esta segunda ampliación se basa en el mismo principio que la macrolente, pero a una menor escala, y dado que las estrellas son mucho menores que las galaxias, se conoce como “microlente”. Dado que las estrellas se mueven en la galaxia lente, la ampliación de microlente también cambia con el tiempo. Desde la Tierra, el brillo de las imágenes del quásar (cuatro en el caso de la Cruz de Einstein) oscilan en torno a un valor medio, debido a la microlente. El tamaño del área ampliada por las estrellas en movimiento es de unos pocos días luz, es decir, comparable al tamaño del disco de acreción del quásar.

La microlente afecta a distintas emisiones del disco de distintas formas, con regiones menores que son más ampliadas. Debido a que regiones de distintos tamaños tienen distintos colores (o temperaturas), el efecto neto de la microlente es producir variaciones de color en las imágenes del quásar, además de variaciones en el brillo. Observando estas variaciones en detalle durante varios años, los astrónomos pueden medir cómo la materia y energía se distribuyen en el agujero negro supermasivo que merodea en el interior del quásar. Los astrónomos observaron la Cruz de Einstein tres veces a lo largo de un periodo de tres años usando el Telescopio Muy Grande (VLT) de ESO, monitorizando todos los cambios de brillo y color de las cuatro imágenes.

“Gracias a este único conjunto de datos, pudimos demostrar que la radiación más energética es emitida en la luz del día central lejos del agujero negro supermasivo y, más importante, que la energía se decrementa con la distancia al agujero negro casi exactamente de la forma predicha por la teoría”, dice Alexander Eigenbrod, quien completó el análisis de los datos.

El uso de macro y microlentes, acoplados al ojo gigante del VLT, permitió a los astrónomos estudiar regiones a escalas tan pequeñas como una millonésima de arcosegundo. Esto corresponde al tamaño de una moneda de un euro a una distancia de 5 millones de kilómetros, es decir, ¡aproximadamente 13 veces la distancia de la Tierra a la Luna! “Esto es mil veces mejor de lo que podemos lograr usando técnicas normales con los telescopios actuales”, añade Courbin.

Medir la forma en que se distribuye la temperatura alrededor del agujero negro central es un logro único. Existen distintas teorías sobre la formación y alimentación de los quásares, cada una de las cuales predice un perfil distinto. Hasta ahora, ninguna observación directa independiente del modelo ha permitido a los científicos validar o invalidar alguna de las teorías existentes, en particular para las regiones centrales del quásar. “Esta es la primera medida precisa y directa del tamaño del disco de acreción de un quásar en con longitudes de onda (colores), independientes de cualquier modelo”, concluye el miembro del equipo Georges Meylan.

Fuente | Ciencia kanija

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