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Black holes

Un errático agujero negro que se autorregula

Posted by msolarte on May 07, 2009 - 10:00 PM

Para los integrantes del grupo AIDA es un placer publicar el primer producto del curso Fundamentos de Astronomía en el primer periodo académico de 2009, elaborado por uno de los estudiantes que allí participan, en este caso el artículo Un errático agujero negro que se autorregula del estudiante de Ingeniería Física José Leonardo Palomino Venachí.


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Imagen de Rayos X del mircro-quasar GRS 1915 + 105, ubicado en La Vía Láctea.
Imagen cortesía: NASA/CXC/Harvard/J. Neilsen

Un agujero negro es un cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. El cuerpo está rodeado por una frontera esférica, llamada horizonte de sucesos, a través de la cual la luz puede entrar, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro. Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad con una masa relativamente pequeña, como la del Sol o inferior, que está condensada en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una galaxia.

Hay agujeros negros de diversos tamaños, unos de ellos son los “súper masivos”, los cuales pueden llegar a tener miles de millones de veces la masa del sol y que son clasificados dentro de los quasares. Por otro lado tenemos los de “masa sobresaliente”, clasificados dentro de los  micro-quasares y que tienen entre siete y veinticinco veces la masa solar.

Observaciones realizadas por el Observatorio de Rayos X Chandra, de la NASA, han arrojado los resultados de mayor importancia en los últimos tiempos sobre los micro-quasares. En nuestra propia galaxia, la “Vía Láctea”, existe un agujero negro de este tipo a cuatro mil años luz de distancia aproximadamente de la Tierra, llamado GRS 1915 + 105 (GRS 1915 para abreviar) y que se encuentra en la constelación de Alquila, el cual tiene unas catorce veces la masa solar y ha sido objeto de investigación, puesto que en las once veces que ha sido avistado por Chandra, los investigadores de la NASA han sido testigos de una situación anormal en este tipo de agujero negro. De acuerdo con estudios realizados se ha encontrado que el GRS 1915, tiene un sistema por el cual “autorregula” su nivel de crecimiento, que como se expuso anteriormente es algo inusual en los agujeros negros, pero entonces ¿cómo es que GRS 1915 lo hace?

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Imagen en infrarrojo y óptico del mircro-quasar GRS 1915 + 105, ubicado en La Vía Láctea

Imagen cortesía: NASA/CXC/Harvard/J. Neilsen


Haciendo alusión a las observaciones de Chandra sobre GRS 1915, los investigadores detectaron que éste se alimenta de una estrella cercana y cuando el material se precipita girando hacia él, se produce un disco llamado “disco de acreación”.

Este sistema se muestra excepcionalmente impredecible y con un rango de variabilidad complicado, en escalas de tiempo que van desde segundos hasta meses y además presentando catorce diferentes tipos de variación. Estas variaciones son causadas por una aún incomprendida relación entre el disco y el radio del chorro observado en GRS 1915. Estos estudios revelan que el chorro de GRS 1915 puede ser ahogado periódicamente cuando un viento caluroso, observado en rayos X, es llevado por el disco alrededor del agujero negro. Los investigadores creen que este viento apaga el chorro quitándole la materia que hubiese alimentado, y en sentido contrario cuando el viento se reduce o cesa, el chorro reemerge.

"Pensamos que el chorro y el viento alrededor de este agujero negro están en un tipo de juego de tira y afloja con una cuerda",  dijo Joseph Neilsen, estudiante postgraduado de Harvard y escritor principal del artículo que se publicó en el periódico Nature. "A veces uno está ganando y entonces, por razones que completamente no comprendemos, el otro consigue la ventaja."

Los más recientes resultados de Chandra también muestran que el viento y el chorro llevan más o menos la misma cantidad de material del agujero negro, lo que es prueba de que el agujero negro está regulando su nivel de crecimiento de algún modo, que puede estar relacionado con alternar entre la expulsión masiva  mediante el chorro o el viento del disco de acreción. La autorregulación es un tema común cuando se  habla de agujeros negros súper masivos, pero estas son las primeras pruebas claras para los agujeros negros de masa sobresaliente.

"Es excitante que podamos estar tras la pista de explicar dos misterios al mismo tiempo: cómo los chorros del agujero negro pueden ser cerrados y también cómo los agujeros negros regulan su crecimiento", dijo la coautora Julia Lee, profesora adjunta en el departamento de astronomía en el centro de Harvard - Smithsonian para astrofísica. "¡Tal vez los agujeros negros pueden regularse mejor que los mercados financieros!"

Aunque los micro-quasares y los quasares difieren en la masa en factores de millones, deben indicar una semejanza en el comportamiento cuando sus escalas físicas tan diferentes son tenidas en cuenta.

"Si los quasares y los micro-quasares se comportan de manera muy diferente, entonces por qué tenemos un gran problema? porque la gravedad los trata igual", dijo Neilsen. "Así que, nuestro resultado es en realidad muy alentador, porque es el más grande enlace entre estos tipos diferentes de agujeros negros."

La escala de tiempo para los cambios en el comportamiento de un agujero negro debe variar en proporción a su masa. Por ejemplo, un tiempo de una hora para los cambios en GRS 1915 correspondería a aproximadamente 10,000 años para un agujero negro súper masivo que tiene unas mil millones de veces la masa del sol.

"No podemos sólo esperar a explorar en este nivel de detalle ningún sistema de agujero negro súper masivo", dijo Lee. "Así que, podemos aprender en una cantidad tremenda sobre los agujeros negros sólo estudiando agujeros negros de masa sobresaliente como éste."

"Cada observación es muy importante, suelo y espacio, han sido usados para estudiar los agujeros negros durante las dos décadas anteriores", dijo Neilsen. "Aunque todavía no tenemos todas las respuestas, pensamos que nuestro trabajo está encaminado en la dirección correcta."

Queda sin resolver qué causa que el chorro se vuelva a propagar en el momento en el que el viento se empieza a ir a pique o a morir, y sin duda alguna este será uno de los más grandes misterios sin resolver actualmente para la astronomía.

Por José Leonardo Palomino Venachí.

Con información de: 

http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/09-020.html

http://chandra.harvard.edu/press/09_releases/press_032509.html

http://www.universetoday.com/2009/03/25/dont-supermassive-me-black-holes-regulate-their-own-mass/

http://www.youtube.com/watch?v=GJa-Qodbmow

Acercamiento del Agujero Negro GRS 1915+105


 

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