El más famoso agujero negro tiene un límite de velocidad cósmica que empuja el chorro.


Imágenes de rayos X de M87. Los astrónomos usaron Chandra para mostrar que el agujero negro en M87 está expulsando partículas a más del 99% de la velocidad de la luz. La imagen de campo más amplia muestra la longitud total del avión M87 (más de 18,000 años luz) visto por Chandra. Mientras tanto, los primeros planos contienen instantáneas de una región ampliada, o "nudo", de emisión de rayos X observada por Chandra en 2012 y 2017, en la parte superior derecha de los rayos X del material alrededor del agujero negro. El movimiento y el desvanecimiento de este nudo y otro más a lo largo del chorro proporcionaron a los investigadores la evidencia de que partes del avión viajan a velocidades notables. Crédito: NASA / CXC / SAO / B.Snios et al.

El Event Horizon Telescope Collaboration lanzó la primera imagen de un agujero negro con observaciones del objeto masivo y oscuro en el centro de Messier 87, o M87, en abril del año 2019. Este agujero negro tiene una masa de aproximadamente 6.500 millones de veces la del sol y se encuentra a unos 55 millones de años luz de la Tierra. El agujero negro ha sido llamado M87 * por los astrónomos y recientemente se le ha dado el nombre hawaiano de "Powehi".

Durante años, los astrónomos han observado la radiación de un chorro de partículas de alta energía, impulsadas por el agujero negro, saliendo del centro de M87. Han estudiado el chorro en radio, óptica y luz de rayos X, incluso con Chandra. Y ahora, al usar las observaciones de Chandra, los investigadores han visto que secciones del chorro se mueven a casi la velocidad de la luz.

"Esta es la primera vez que se registran velocidades tan extremas en el chorro de un agujero negro utilizando datos de rayos X", dijo Ralph Kraft, del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) en Cambridge, Massachusetts, quienes presentaron el estudio en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Honolulu, Hawaii. "Necesitábamos la visión de rayos X de Chandra para hacer estas mediciones".

Cuando la materia se acerca lo suficiente a un agujero negro, entra en un patrón de remolino llamado disco de acreción. Parte del material de la parte interna del disco de acreción cae sobre el agujero negro y parte de él se redirige fuera del agujero negro en forma de haces estrechos, o chorros, de material a lo largo de las líneas de campo magnético. Debido a que este proceso de caída es irregular, los chorros están hechos de grupos o nudos que a veces se pueden identificar con Chandra y otros telescopios.

Los investigadores utilizaron observaciones de Chandra de 2012 y 2017 para rastrear el movimiento de dos nudos de rayos X ubicados dentro del chorro a unos 900 y 2.500 años luz de distancia del agujero negro. Los datos de rayos X muestran movimiento con velocidades aparentes de 6,3 veces la velocidad de la luz para el nudo de rayos X más cercano al agujero negro y 2,4 veces la velocidad de la luz para el otro.

"Una de las leyes inquebrantables de la física es que nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz", dijo el coautor Brad Snios, también del CfA. "No hemos roto la física, pero hemos encontrado un ejemplo de un fenómeno sorprendente llamado movimiento superluminal".

El movimiento superluminal ocurre cuando los objetos viajan cerca de la velocidad de la luz a lo largo de una dirección que está cerca de nuestra línea de visión. El chorro viaja casi tan rápido hacia nosotros como la luz que genera, dando la ilusión de que el movimiento del chorro es mucho más rápido que la velocidad de la luz. En el caso de M87 *, el chorro apunta cerca de nuestra dirección, dando como resultado estas velocidades aparentes exóticas.

Los astrónomos han visto previamente tal movimiento en el chorro de M87 * en las longitudes de onda de radio y óptica, pero no han podido demostrar definitivamente que la materia en el chorro se mueve a una velocidad muy cercana a la de la luz. Por ejemplo, las características móviles podrían ser una onda o un choque, similar a un boom sónico desde un plano supersónico, en lugar de rastrear los movimientos de la materia.

Chandra Vista de campo amplio de M87; el cuadro muestra la ubicación aproximada de la imagen del chorro de campo amplio arriba Crédito: NASA / CXC.

Este último resultado muestra la capacidad de los rayos X para actuar como un arma de velocidad cósmica precisa. El equipo observó que la característica que se movía con una velocidad aparente de 6,3 veces la velocidad de la luz también se desvaneció en más del 70% entre 2012 y 2017. Este desvanecimiento probablemente fue causado por la pérdida de energía de las partículas debido a la radiación producida cuando giran en espiral alrededor de un campo magnético. Para que esto ocurra, el equipo debe estar viendo rayos X de las mismas partículas en ambos momentos, y no una onda en movimiento.

"Nuestro trabajo proporciona la evidencia más fuerte hasta el momento de que las partículas en el chorro M87 * en realidad viajan cerca del límite de velocidad cósmica", dijo Snios.

Los datos de Chandra son un excelente complemento para los datos de EHT. El tamaño del anillo alrededor del agujero negro visto con el Telescopio Event Horizon es aproximadamente cien millones de veces más pequeño que el tamaño del avión visto con Chandra.

Otra diferencia es que el EHT observó M87 durante seis días en abril de 2017, dando una instantánea reciente del agujero negro. Las observaciones de Chandra investigan el material expulsado dentro del chorro que se lanzó desde el agujero negro cientos y miles de años antes.

"Es como si el Event Horizon Telescope ofreciera una vista de primer plano de un lanzacohetes", dijo Paul Nulsen, otro coautor del estudio, de la CfA, "y Chandra nos muestra los cohetes en vuelo".

Además de presentarse en la reunión de la AAS, estos resultados también se describen en un artículo en The Astrophysical Journal dirigido por Brad Snios que está disponible en línea, enlace artículo. El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde Cambridge y Burlington, Massachusetts.

El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde Cambridge y Burlington, Massachusetts.

Los astrónomos han demostrado que el agujero negro en Messier 87 está impulsando partículas más rápido que el 99% de la velocidad de la luz usando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. El agujero negro en Messier 87, o M87, se hizo famoso en abril de 2019 cuando el Event Horizon Telescope lanzó la primera imagen directa de un agujero negro en esta galaxia. Chandra ha observado M87 durante muchos años y puede ver los efectos de su agujero negro en escalas mucho más grandes, tanto en el espacio como en el tiempo, que el EHT. Cuando el material que gira a su alrededor cae hacia el agujero negro en M87, parte de él se redirige hacia afuera en potentes haces estrechos o chorros. Usando datos de Chandra, los astrónomos se acercaron a pequeñas regiones del avión y compararon los cambios en la luz de rayos X durante cinco años. Esta evidencia mostró que las partículas en el chorro están siendo impulsadas por el agujero negro hasta el límite máximo de velocidad cósmica.

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Contactos de medios:

Megan Watzke

Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998

• Publicado el 6 de enero del 2019, enlace publicación.

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