Resuelven el enigma del espín de un agujero negro

Dos observatorios espaciales de rayos X, el NuSTAR de la NASA y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, se han unido para medir definitivamente la tasa de rotación o espín de un agujero negro con una masa de 2 millones de veces la del Sol. 

El agujero negro supermasivo, que se encuentra en el corazón lleno de polvo y gas de una galaxia llamada NGC 1365, tiene un espín casi tan rápido como el permitido por la teoría de la gravedad de Einstein. Los hallazgos, que aparecen en un nuevo estudio publicado en la revista Nature, resuelven un largo debate sobre mediciones similares en otros agujeros negros, y conducirán a una mejor comprensión de la evolución de los agujeros negros y de las galaxias.
Las observaciones también son una prueba importante de la teoría de la relatividad general de Einstein, que predice que la gravedad puede curvar el espacio-tiempo, el tejido que da forma a nuestro universo, y a la luz que viaja a través de éste.
“A medida que la materia que se arremolina en un agujero negro se le acerca, la podemos rastrear por medio de los rayos X que se emiten desde regiones muy cercanas al agujero”, dijo la coautora del estudio e investigadora principal de NuSTAR, Fiona Harrison, del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. “La radiación que vemos está deformada y distorsionada por los movimientos de las partículas y la gravedad increíblemente fuerte del agujero negro”.
Hasta ahora no había certeza sobre las mediciones, debido a que las nubes de gas podrían haber estado ocultando los agujeros negros y confundiendo los resultados. Con la ayuda del XMM-Newton, y del NuSTAR los astrónomos lograron ver una gama más amplia de energías de rayos X, y penetrar más profundamente en la región alrededor del agujero negro. Los nuevos datos demuestran que las nubes no deforman los rayos X, sino que la causa es la enorme gravedad del agujero. Esto demuestra que las velocidades de espín de los agujeros negros supermasivos se pueden determinar de manera concluyente.
La medición del espín de un agujero negro supermasivo es fundamental para entender su historia y la de su galaxia anfitriona.
Los agujeros negros supermasivos están rodeados por discos de acreción similares a una tortilla, que se forman a medida que la gravedad atrae la materia hacia el interior. La teoría de Einstein predice que cuanto más rápido gira un agujero negro, más cerca estará el disco de acreción de éste. Y cuanto más cerca se encuentre el disco de acreción, más se deformará la luz de los rayos x despedidos desde el disco, debido a la mayor la gravedad del agujero negro.
Los astrónomos buscan estos efectos de deformación mediante el análisis de la luz de rayos X emitida por el hierro que circula en el disco de acreción. En el nuevo estudio utilizaron tanto a XMM-Newton. como a NuSTAR, para observar simultáneamente el agujero negro de NGC 1365. Mientras que el XMM-Newton ha revelado que la luz del hierro estaba siendo deformada, NuSTAR ha demostrado que esta distorsión provenía de la gravedad del agujero negro y no de las nubes de gas en la vecindad. Los datos de rayos X de mayor energía de NuSTAR mostraron que el hierro estaba tan cerca del agujero negro que su gravedad tenía que ser la causa de los efectos de deformación.
Ahora que se ha descartado la posibilidad de ocultamiento como producto de las nubes, los científicos pueden utilizar las distorsiones en la firma del hierro para medir la tasa del espín del agujero negro. Los hallazgos también se aplican a otro número de agujeros negros, y eliminan la incertidumbre que se tenía sobre sus tasas de rotación.
Fuente: NASA/JPL