La velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo

Dibujo20140307 quadruple quasar - cosmic lens reveals spinning black hole - nature com

Gracias al efecto de lente gravitatoria se ha podido medir la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo en un cuásar. Resulta que es la mitad de la velocidad de la luz en el vacío. La lente gravitatoria actúa como una lupa y muestra cuatro imágenes amplificadas del mismo cuásar (RX J1131-1231). Este cuásar, un agujero negro en rotación rápida que acreta materia (en un disco de acreción) emitiendo un intenso chorro de radiación, se encuentra a seis mil millones de años luz de distancia de la Tierra. Se han combinado datos del Observatorio de Rayos X Chandra y del Telescopio Espacial Hubble, ambos de la NASA, y del XMM-Newton de la ESA.

El artículo técnico es R. C. Reis, M. T. Reynolds, J. M. Miller, D. J. Walton, “Reflection from the strong gravity regime in a lensed quasar at redshift z = 0.658,” Nature, AOP 05 Mar 2014. Recomiendo leer a Guido Risaliti, “Astrophysics: Cosmic lens reveals spinning black hole,” Nature, AOP 05 Mar 2014; y a “RX J1131-1231: Chandra & XMM-Newton Provide Direct Measurement of Distant Black Hole’s Spin,” Chandra X-Ray Observatory, News, 5 Mar 2014.

Dibujo20140307 Chandra image of RX J1131-1231 - nature com

Un agujero negro supermasivo es un sistema físico muy simple. Se caracteriza por dos magnitudes: su masa y su momento angular. ¿Por qué es importante saber su velocidad angular? Los astrónomos creen que los agujeros negros supermasivos se formaron en el Universo primitivo a partir de “pequeñas semillas” con masas de hasta diez mil masas solares. Estas semillas crecen hasta llegar a millones o incluso miles de millones de masas solares gracias a fusiones entre agujeros negros durante las colisiones entre galaxias. Una alta velocidad de rotación es resultado de este tipo de fenómenos de fusión y nos da mucha información sobre estos procesos tempranos de evolución galáctica.

Dibujo20140307 x-ray spectrum chandra quasar rx j1131-1231 - nature com

¿Cómo se puede medir la velocidad de rotación? En los cuásares, la longitud de la radiación es indicativo de su cercanía al horizonte de sucesos. La más cercana son los rayos X, seguidos en cercanía por los ultravioletas y luego más lejos por el óptico. La rotación del agujero negro distorsiona el espaciotiempo cerca del horizonte y deja su firma en la emisión de rayos X.

En particular, una línea espectral del hierro (Fe) se ve muy alterada por la deformación del espaciotiempo alrededor del agujero negro en rotación. En reposo la línea Fe Kα tiene una energía entre 6,4 y 6,97 keV (kiloelectronvoltios), pero por efecto Doppler (debido a la rotación) se observa en 3,61 ± 0,26 keV, lo que implica un parámetro de rotación a = 0,87 ± 0,15 Jc/GM² a 3σ C.L. (donde J es el momento angular) y un valor a > 0,66 Jc/GM² a 5σ C.L.

La clave de la nueva observación es el efecto de lente gravitacional de una galaxia elíptica con z =0,295 que se encuentra en la línea de visión entre nosotros y el cuásar RX J1131-1231 que tiene z=0,658. No vemos el cuásar de forma directa porque lo tapa la galaxia. Pero el efecto de lente gravitacional nos ofrece cuatro imágenes de este cuásar.

En el futuro este tipo de medidas se multiplicarán gracias al telescopio de rayos X de la ESA llamado ATHENA (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics). Gracias a ello obtendremos mucha información sobre cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos.



6 Comentarios

  1. Daniel, el consenso entre los astrofísicos, como indico en la propia entrada, es que los cuásares son núcleos galácticos activos, es decir, la radiación que observamos es resultado de la materia que cae en el disco de acreción de un agujero negro supermasivo muy lejano (en tiempo y espacio). No hay pruebas en contra de esta hipótesis y hay 30 años de pruebas a favor.

  2. Gracias Francis, la pregunta no iba con segundas, es que no sabía si el cuásar era un objeto, ya veo que está explicado en la entrada.

    1. Pues mira que le dieron vueltas a los cuásares. Hubo hipótesis extravagantes para todos los gustos:

      Explosiones supernova en cadena. Aniquilaciones masivas materia-antimateria. Agujeros blancos. Interacciones exóticas entre materia ordinaria y presunta materia negativa (con propiedades gravitatorias e inerciales opuestas a las normales). Etc., etc., etc.

      Todavía quedan ovejas descarriadas que no adhieren a la hipótesis del agujero negro supermasivo. Así que no fue una pregunta tan tonta, daniel 🙂

  3. So lo un comentario ingenuo. ¿porque cuando el titulo es claro, como velocidad de rotación, o momento angular jamas en todos los comentarios como si no dominaran el tema dan la respuesta claramente ?. Como por ejemplo la velocidad es 0.8c , el espín es 0.9, o el momento angular es un numero adecuado. O sea repiten lo que dijeron sin denotar la ecuación para llegar a esa conclusión.

    1. McGuiver47, no entiendo a qué ecuación te refieres, ¿a la que a partir de las imágenes pr lente gravitacional permite estimar el momento angular del cuasar? No existe dicha ecuación; se requiere un software de simulación y análisis para realizar la estimación: XSPEC.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 7 marzo, 2014
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