H1821+243: Chandra muestra que un agujero negro gigante gira más lento que sus pares
Los astrónomos han hecho una medición sin precedentes del giro de un agujero negro, una de las dos propiedades fundamentales de los agujeros negros. El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA muestra que este agujero negro gira más lento que la mayoría de sus primos más pequeños.
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| Imágenes de rayos X, ópticas y de radio de H1821+243. Los astrónomos han utilizado Chandra para determinar el giro del agujero negro supermasivo en el cuásar H1821+643. Este es el agujero negro más masivo, que tiene entre 3 y 30 mil millones de masas solares, para tener una medición precisa de esta propiedad fundamental. Estas imágenes de H1821+643 muestran rayos X de Chandra junto con datos de radio del Karl G. Jansky Very Large Array de NSF y una imagen óptica del telescopio PanSTARRS en Hawai. El agujero negro supermasivo está ubicado en el punto brillante en el centro de la emisión de radio y rayos X. Está girando aproximadamente la mitad de rápido que aquellos con una masa más baja, dando pistas sobre cómo él y otros similares pueden haber crecido y evolucionado. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Univ. de Cambridge/J. Sisk-Reynés et al.; Radio: NSF/NRAO/VLA; Óptica: PanSTARRS |
Este es el agujero negro más masivo con una medición de giro precisa y da pistas sobre cómo crecen algunos de los agujeros negros más grandes del universo.
Los agujeros negros supermasivos contienen millones o incluso miles de millones de veces más masa que el Sol. Los astrónomos creen que casi todas las galaxias grandes tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien la existencia de agujeros negros supermasivos no está en disputa, los científicos todavía están trabajando para comprender cómo crecen y evolucionan. Una información crítica es qué tan rápido giran los agujeros negros.
"Cada agujero negro se puede definir con solo dos números: su giro y su masa", dijo Julia Sisk-Reynes, del Instituto de Astronomía (IoA) de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, quien dirigió el nuevo estudio. "Si bien eso suena bastante simple, calcular esos valores para la mayoría de los agujeros negros ha resultado ser increíblemente difícil".
Para este resultado, los investigadores observaron rayos X que rebotaban en un disco de material que giraba alrededor del agujero negro en un cuásar conocido como H1821+643. Los cuásares contienen agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento que generan grandes cantidades de radiación en una pequeña región alrededor del agujero negro. Situado en un cúmulo de galaxias a unos 3.400 millones de años luz de la Tierra, el agujero negro de H1821+643 tiene entre 3.000 y 30.000 millones de masas solares, lo que lo convierte en uno de los más masivos conocidos. Por el contrario, el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia pesa unos cuatro millones de soles.
Las fuertes fuerzas gravitatorias cerca del agujero negro alteran la intensidad de los rayos X a diferentes energías. Cuanto mayor sea la alteración, más cerca debe estar el borde interior del disco del punto de no retorno del agujero negro, conocido como horizonte de sucesos. Debido a que un agujero negro giratorio arrastra el espacio consigo y permite que la materia orbite más cerca de él de lo que es posible para uno que no gira, los datos de rayos X pueden mostrar qué tan rápido gira el agujero negro.
"Descubrimos que el agujero negro en H1821+643 gira aproximadamente la mitad de rápido que la mayoría de los agujeros negros que pesan entre un millón y diez millones de soles", dijo el coautor Christopher Reynolds, también de IoA. "La pregunta del millón es: ¿por qué?"
La respuesta puede estar en cómo crecen y evolucionan estos agujeros negros supermasivos. Este giro relativamente lento respalda la idea de que los agujeros negros más masivos, como H1821+643, experimentan la mayor parte de su crecimiento fusionándose con otros agujeros negros, o porque el gas es atraído hacia adentro en direcciones aleatorias cuando sus grandes discos se rompen.
Es probable que los agujeros negros supermasivos que crecen de esta manera a menudo experimenten grandes cambios de giro, incluida la desaceleración o la torsión en la dirección opuesta. Por lo tanto, la predicción es que se debe observar que los agujeros negros más masivos tienen un rango más amplio de velocidades de giro que sus parientes menos masivos.
Por otro lado, los científicos esperan que los agujeros negros menos masivos acumulen la mayor parte de su masa a partir de un disco de gas que gira a su alrededor. Debido a que se espera que dichos discos sean estables, la materia entrante siempre se acerca desde una dirección que hará que los agujeros negros giren más rápido hasta que alcancen la velocidad máxima posible, que es la velocidad de la luz.
"El giro moderado de este objeto ultramasivo puede ser un testimonio de la historia caótica y violenta de los agujeros negros más grandes del universo", dijo el coautor James Matthews, también del IoA. "También puede dar una idea de lo que sucederá con el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia miles de millones de años en el futuro, cuando la Vía Láctea colisione con Andrómeda y otras galaxias".
Este agujero negro proporciona información que complementa lo que los astrónomos han aprendido sobre los agujeros negros supermasivos vistos en nuestra galaxia y en M87, que fueron fotografiados con el Event Horizon Telescope. En esos casos, las masas del agujero negro son bien conocidas, pero el giro no lo es.
Un artículo que describe estos resultados de Sisk-Reynes y sus colaboradores aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y está disponible en https://arxiv.org/abs/2205.12974
El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
Contactos con los medios:
megan watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts
617-496-7998
• Publicado en Chandra el 30 de junio del 2022, enlace publicación.
