Agujero negro supermasivo gira superrápido PDF Imprimir E-mail

 

Imagina una esfera de más de 3 millones de kilómetros de DIAMETRO – ocho veces la distancia de la Tierra a la Luna – girando tan rápido que su superficie está viajando a casi la velocidad de la luz. Un objeto así existe: el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia espiral NGC 1365.

Los astrónomos han medido su impresionante ritmo de giro usando datos de los satélites Nuclear Spectroscopic Telescope Array, o NuSTAR, y XMM-Newton X-ray de la Agencia Espacial Europea ESA.

“Es la primera vez que alguien ha medido de forma precisa el giro de un agujero negro supermasivo”, afirma el autor principal Guido Rsaliti, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) y el Observatorio de Arcetri del INAF.

Risaliti y sus colaboradores midieron rayos X del centro de NGC 1365 para determinar dónde estaba localizado el borde interior del disco de materia que el agujero está tragando. La Órbita Circular Estable más Interior – el punto de no retorno del disco – depende del giro del agujero negro. Dado que un agujero negro que gira distorsiona el espacio, el disco de material puede acercarse más al agujero negro antes de ser tragado a su interior.

misiones de rayos X de los monstruos galácticos indican que se forman rápidamente.

Ilustración por la Nasa de un agujero negro supermasivo.

 
Esta esfera es lo que más se aproxima a un agujero negro superdenso que haya sido observado por astrofísicos estadounidenses y europeos con dos telescopios espaciales.

Lo que han conseguido confirmar por primera vez es que los agujeros negros situados en el centro de las galaxias giran a gran velocidad, lo que da pistas sobre cómo y cuándo se formaron y crecieron.

 “Es la primera vez que se ha podido medir con precisión la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo”, explicó ayer Guido Risaliti, de la Universidad de Harvard, EUA y del observatorio de Arcetri, Italia.

Pero esa velocidad es prácticamente imposible darla en kilómetros por hora, reconocía Fiona Harrison, de Caltech, porque “los agujeros negros son muy extraños”.  La masa de los agujeros negros galácticos puede ser hasta miles de millones de veces superior a la del Sol.

En la Vía Láctea existe uno de estos monstruos, pero los astrofísicos se han fijado esta vez en el que ocupa el centro de una galaxia espiral cercana, la NGC 1365, situada a 56 millones de años luz de la Tierra.

El agujero negro supermasivo hallado por un grupo internacional de astrónomos que ha publicado su descubrimiento en un artículo de la revista Nature tiene una espera de más de dos millones de kilómetros de diámetro y una masa de varios millones de soles, al tiempo que gira a la velocidad de la luz.

El equipo, liderado por Guido Risaliti, del Centro de Harvard-Smithsonian para la Astrofísica y el Observatorio Astrofísico de Ascetri en Florencia (Italia) logró medir su asombrosa velocidad de rotación usando los telescopios espaciales NuSTAR de la NASA, XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Está situado en el centro de la galaxia espiral cercana NGC 1365, que se encuentra a unos 56 millones de años luz de distancia de la Tierra.

Los astrónomos querían conocer la velocidad del giro de un agujero negro porque es un dato que desvela muchas de las características del objeto y, lo más importante, porque da pistas sobre su pasado y, por extensión, sobre la evolución de su galaxia anfitriona. “El giro del agujero negro es un recuerdo, un registro de la historia de la galaxia como un todo”, explica Risaliti.

NOTA ORIGINAL De la UNIVERSIDAD DE HARVARD

Release No.: 2013-07For Release: Wednesday, February 27, 2013 01:00:00 PM EST
Supermassive Black Hole Spins Super-Fast
Cambridge, MA – Imagine a sphere more than 2 million miles across – eight times the distance from Earth to the Moon – spinning so fast that its surface is traveling at nearly the speed of light. Such an object exists: the supermassive black hole at the center of the spiral galaxy NGC 1365.

Astronomers measured its jaw-dropping spin rate using new data from the Nuclear Spectroscopic Telescope Array, or NuSTAR, and the European Space Agency’s XMM-Newton X-ray satellites.

“This is the first time anyone has accurately measured the spin of a supermassive black hole,” said lead author Guido Risaliti of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) and INAF – Arcetri Observatory.

This research is being published in the Feb. 28 issue of the journal Nature, and featured in a NASA media teleconference on Feb. 27th.

A black hole’s gravity is so strong that, as the black hole spins, it drags the surrounding space along. The edge of this spinning hole is called the event horizon. Any material crossing the event horizon is pulled into the black hole. Inspiraling matter collects into an accretion disk, where friction heats it and causes it to emit X-rays.

Risaliti and his colleagues measured X-rays from the center of NGC 1365 to determine where the inner edge of the accretion disk was located. This Innermost Stable Circular Orbit – the disk’s point of no return – depends on the black hole’s spin. Since a spinning black hole distorts space, the disk material can get closer to the black hole before being sucked in.

Astronomers want to know the black hole’s spin for several reasons. The first is physical – only two numbers define a black hole: mass and spin. By learning those two numbers, you learn everything there is to know about the black hole.

Most importantly, the black hole’s spin gives clues to its past and by extension the evolution of its host galaxy.

“The black hole’s spin is a memory, a record, of the past history of the galaxy as a whole,” explained Risaliti.

Although the black hole in NGC 1365 is currently as massive as several million Suns, it wasn’t born that big. It grew over billions of years by accreting stars and gas, and by merging with other black holes.

Spin results from a transfer of angular momentum, like playing on a children’s swing. If you kick at random times while you swing, you’ll never get very high. But if you kick at the beginning of each downswing, you go higher and higher as you add angular momentum.

Similarly, if the black hole grew randomly by pulling in matter from all directions, its spin would be low. Since its spin is so close to the maximum possible, the black hole in NGC 1365 must have grown through “ordered accretion” rather than multiple random events.

Studying a supermassive black hole also allows theorists to test Einstein’s general theory of relativity in extreme conditions. Relativity describes how gravity affects the structure of space-time, and nowhere is space-time more distorted than in the immediate vicinity of a black hole.

The team also has additional observations of NGC 1365 that they will study to determine how conditions other than black hole spin change over time. Those data are currently being analyzed. At the same time, other teams are observing several other supermassive black holes with NuSTAR and XMM-Newton.

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

For more information, contact:

David A. Aguilar
Director of Public Affairs
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
617-495-7462
daguilar@cfa.harvard.edu

Christine Pulliam
Public Affairs Specialist
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
617-495-7463
cpulliam@cfa.harvard.edu

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 Y COMO SE MIDE LA VELOCIDAD DE UN AGUJERO NEGRO….?

Con estos satélites que toman imagines de rayos x

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Este gráfico representa el espectro electromagnético, destacando la porción de rayos-X.  Uno es telescopio de espectroscopia nuclear de (NuSTAR) y el telescopio de la Agencia Espacial Europea XMM-Newton se complementan entre sí al ver los diferentes colores de luz de rayos X. XMM-Newton ve los rayos X con energías entre 0,1 y 10  kiloelectronvoktios (keV),  o el “rojo” del espectro, mientras que NuSTAR ve la más alta energía, o “más azul”, luz de rayos X, con energías de entre 3 y 70 keV. Los médicos y los dentistas suelen utilizar rayos X en este nivel de energía más alto, ya que penetran la piel y sólo puede ser detenida por los huesos densos.

Y LUEGO… se realizan los análisis espectrograficos…

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Las líneas continuas muestran dos modelos teóricos que explican el bajo consumo de energía de rayos X de emisión visto previamente desde la galaxia espiral NGC 1365 por XMM-Newton. La línea roja se explica la emisión mediante un modelo donde las nubes de gas y polvo bloquean parcialmente la luz de rayos X, y la línea verde representa un modelo en el que se refleja la emisión del borde interior del disco de acreción, muy cerca del negro agujero.

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Los agujeros negros son objetos enormes, cuya inmensa gravedad puede distorsionar y retorcer el espacio-tiempo, el tejido que da forma a nuestro universo. Estos efectos, consecuencias de la teoría general de la relatividad de Einstein, dar lugar a la desviación de la luz a medida que viaja a través del espacio-tiempo. Mediante la búsqueda de estas distorsiones de luz en rayos X de transmisión de material cerca de los agujeros negros, los investigadores pueden obtener información sobre sus tasas de spin.

Este gráfico ilustra el modelo básico para la determinación de las velocidades de rotación de los agujeros negros. Existen 3 diferentes tipos de giro: rotación retrógrada, donde el disco de materia que cae en el agujero, llamado disco de acreción, se mueve en la dirección opuesta del agujero negro; sin espín y rotación progrado, donde el disco gira en la misma dirección que el agujero negro.

Cuanto más rápido gira un agujero negro, más cerca de su disco de acreción puede mentir a ella – otra de las consecuencias de la teoría de Einstein de la relatividad.

Los científicos evaluan qué tan cerca del borde interior de un disco de acreción trata un agujero negro rompiendo la luz de rayos X en un espectro de colores diferentes, o energías. Los espectros resultantes para los tres escenarios de espín se muestra a la derecha. El pico es fuerte radiación de rayos X de los átomos de hierro que circulan en el disco de acreción. Si el disco de acreción está cerca del agujero negro, como es el caso de la última fila, los colores de rayos X del hierro se extendió a cabo por la inmensa gravedad del agujero negro. El grado en que la función de hierro hacia fuera, un fenómeno que se conoce como el “ala roja”, revela cuán cerca está el disco de acreción es el agujero negro. Debido a que esta distancia depende del giro del agujero negro, la velocidad de rotación se puede determinar.

Antes de las observaciones con Nuclear de la NASA Telescope Array espectroscópica (NuSTAR), que capta la radiación de rayos X de energía a partir de la 3-79 kiloelectron voltios (keV) gama, este modelo sigue siendo incierta. Junto con el telescopio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, que ve la luz de rayos X en el intervalo de 0,1 a 10 keV, los observatorios fueron capaces de demostrar que el modelo es correcto. Sus datos descartó la posibilidad de que la función de hierro sólo aparece distorsionado como consecuencia de las nubes de absorción, y no efectos gravitacionales.

Los círculos azules muestran las últimas mediciones de XMM-Newton, y los círculos amarillos muestran los datos de NuSTAR. Aunque ambos modelos se ajustan los datos de XMM-Newton igual de bien, sólo el modelo de reflexión disco ajusta a los datos NuSTAR.

Los resultados muestran que la función de hierro, el pico agudo de la izquierda, se ve afectada la gravedad inmenso agujero negro y no intervenir nubes. El grado en que se transmite la función de hierro a cabo revela la velocidad de rotación del agujero negro.

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Los científicos miden las velocidades de giro de los agujeros negros supermasivos mediante la difusión de la luz de rayos X en diferentes colores. La luz viene de los discos de acreción que giran alrededor de los agujeros negros, tal como se muestra en los dos conceptos del artista. Ellos usan rayos X de telescopios espaciales para estudiar estos colores, y, en particular, busca una “huella digital” de hierro – el pico se muestra en ambos gráficos, o espectros – para ver cómo fuerte que es. Antes de las observaciones con Telescope Array espectroscópico de la NASA, o NuSTAR, y el telescopio de la Agencia Espacial Europea XMM-Newton, había dos modelos que compiten para explicar por qué este pico no puede parecer fuerte.

La “rotación” modelo que se muestra en la parte superior sostuvo que la función de hierro estaba siendo propagada por los efectos distorsionadores causados ​​por la inmensa gravedad del agujero negro. Si este modelo fuera correcto, entonces la cantidad de distorsión visto en la película de hierro debe revelar la velocidad de rotación del agujero negro.

El modelo alternativo sostuvo que nubes que ocultan situadas cerca del agujero negro se toma la línea del hierro aparecen artificialmente distorsionado. Si este modelo fuera correcto, los datos no pueden ser utilizados para medir giro de un agujero negro.

NuSTAR ayudó a resolver el caso, descartando la alternativa “nube que oscurece” del modelo. Su alta energía de rayos X de datos – como se muestra en la parte superior protuberancia verde a la derecha del pico – reveló que las características en el espectro de rayos X, de hecho, viene del disco de acreción y no de las nubes que ocultan. Junto con XMM-Newton, los observatorios espaciales fueron capaces de hacer la primera medición concluyente de la velocidad de giro de un agujero negro y, en general, confirman que la “distorsión gravitacional” modelo es exacta.

PASADENA, California – Dos observatorios de rayos X espaciales, la NASA Nuclear Telescope Array espectroscópica (NuSTAR) y la Agencia Espacial Europea XMM-Newton, se han unido para medir definitivamente, por primera vez, la velocidad de giro de un agujero negro con Una masa de 2 millones de veces la de nuestro sol.

El agujero negro supermasivo que se encuentra en el polvo y el gas llenas de corazón de una galaxia llamada NGC 1365, y está girando casi tan rápido como la teoría de Einstein de la gravedad le permita. Los hallazgos, que aparecen en un nuevo estudio publicado en la revista Nature, resolver un largo debate sobre las medidas similares en otros agujeros negros y conducirá a una mejor comprensión de cómo los agujeros negros y las galaxias evolucionan.

“Esto es muy importante para el campo de la ciencia agujero negro”, dijo Lou Kaluzienski, un científico del programa NuSTAR de la NASA en Washington.

Las observaciones también son una prueba poderosa de la teoría de Einstein de la relatividad general, que dice que la gravedad puede curvar el espacio-tiempo, el tejido que da forma a nuestro universo, y la luz que viaja a través de él.

“Podemos rastrear la materia como se arremolina en un agujero negro con rayos X emitidos desde regiones muy cerca del agujero negro”, dijo el co-autor de un nuevo estudio, el investigador principal, NuSTAR Fiona Harrison, del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. “La radiación que vemos es deformado y distorsionado por los movimientos de las partículas y el agujero negro es la gravedad increíblemente fuerte”.

NuSTAR, una misión del Explorador de clase lanzado en junio de 2012, está diseñado para detectar la más alta energía de la luz de rayos X con gran detalle. Es un complemento de los telescopios que observan baja energía de rayos X de la luz, como el XMM-Newton y Chandra X-ray Observatory. Los científicos usan estos y otros telescopios para estimar las tasas a las que giran los agujeros negro.

Hasta ahora, estas medidas no estaban seguros debido a las nubes de gas podría haber sido ocultar los agujeros negros y confundir los resultados. Con la ayuda de XMM-Newton, NuSTAR fue capaz de ver una gama más amplia de rayos X de energías y penetrar más profundamente en la región alrededor del agujero negro. Los nuevos datos demuestran que los rayos X no está siendo deformado por las nubes, sino por la tremenda gravedad del agujero negro. Esto demuestra que las velocidades de giro de los agujeros negros supermasivos se puede determinar de manera concluyente.

“Si yo pudiera haber añadido un instrumento para XMM-Newton, hubiera sido un telescopio como NuSTAR”, dijo Norbert Schartel, XMM-Newton científico del proyecto en el Centro Europeo de Astronomía Espacial de Madrid. “La alta energía de rayos X proporcionan una importante pieza que faltaba del rompecabezas para resolver este problema”.

La medición del espín de un agujero negro supermasivo es fundamental para entender su historia y la de su galaxia anfitriona.

“Estos monstruos, con masas de millones a miles de millones de veces la del Sol, se forman como pequeñas semillas en el universo temprano y crecen por la ingestión de estrellas y gas en las galaxias anfitrionas, la fusión con otros agujeros negros gigantes cuando las galaxias colisionan, o ambos “, dijo el autor principal del estudio, Guido Risaliti del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, y el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica.

Supermasivos agujeros negros están rodeados por discos de acreción crepe-como, formada como su gravedad atrae la materia hacia el interior. La teoría de Einstein predice que cuanto más rápido gira un agujero negro, mientras más cerca se encuentra el disco de acreción del agujero negro. Cuanto más cerca del disco de acreción es decir, más de la gravedad del agujero negro se tuerza luz de rayos X de streaming desde el disco.

Los astrónomos buscan estos efectos deformación mediante el análisis de rayos X de la luz emitida por el hierro que circula en el disco de acreción. En el nuevo estudio, que utiliza tanto XMM-Newton y NuSTAR para observar simultáneamente el agujero negro en NGC 1365. Mientras XMM-Newton reveló que la luz de la plancha estaba siendo deformado, NuSTAR demostrado que esta distorsión venía de la gravedad del agujero negro y no de las nubes de gas en la vecindad. Mayor energía NuStar de datos de rayos X mostró que el hierro estaba tan cerca del agujero negro que su gravedad debe ser la causa de los efectos de deformación.

Con la posibilidad de nubes que oscurecen descartada, los científicos pueden ahora utilizar las distorsiones en la firma de hierro para medir la frecuencia del agujero negro spin. Los hallazgos se aplican a varios agujeros negros también otras, la eliminación de la incertidumbre en las tasas de rotación previamente medidos. – Ver más en:http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2013-075 # 4

Chandra de la NASA Observatorio de rayos X ve a un rango de energía similar a XMM-Newton, pero es más adecuado para la imagen. XMM-Newton se especializa en la captura de información espectral.

Para obtener más información, visite http://www.nasa.gov/nustar yhttp://www.nustar.caltech.edu/. Para obtener más información acerca de XMM-Newton de la ESA misión, visite http://go.nasa.gov/YUYpI6.

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