Observada energía escapando de un agujero negro

Hay muchos agujeros negros que engullen energía. Ahora los astrónomos han descubierto uno, en una galaxia lejana, que está dejando escapar parte de su energía.
ver leyenda Por primera vez en la historia, los científicos han visto energía fluyendo de un agujero negro. Como si fuese una dínamo eléctrica, este agujero negro gira e impele la energía hacia afuera a través de líneas de campo magnético, semejantes a cables. Esta energía es expelida hacia el caótico gas que rota alrededor del agujero, haciendo que este gas -- que ya está infernalmente caliente debido a la aplastante fuerza de la gravedad -- esté aún más caliente.

Derecha: Haga clic en la figura para ver una animación de 700 kb en formato Quicktime de la concepción artística de un agujero negro en rotación. La animación es cortesía del Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center) de la NASA.

Joern Wilms de la Universidad de Tuebingen (Tuebingen University) de Alemania, junto con un equipo internacional de astrónomos observaron esta nueva forma de "extracción de energía" cuando apuntaron el satélite X-ray Multi-Mirror Mission (también conocido como XMM-Newton ó en español como Misión de Rayos X Multiespejo) de la Agencia Espacial Europea (European Space Agency) hacia un agujero negro supermasivo localizado en el núcleo de la galaxia MCG-6-30-15. Estas observaciones podrían también ayudar a explicar el origen de los chorros de partículas que se observan en los cuasares.

"Nunca antes habíamos visto energía extraída de un agujero negro", dice Christopher Reynolds de la Universidad de Maryland (University of Maryland) en College Park, quien es co-autor del estudio. "Siempre vemos energía moviéndose hacia adentro pero no hacia afuera".

"La gravedad en esta región parece ser tan intensa que el propio tejido del espacio-tiempo se retuerce alrededor del agujero negro, arrastrándo a las líneas de campo magnético junto con él", dice Wilms. "Las líneas de campo magnético se concentran cerca del agujero negro, haciendo que éste gire más lentamente. Esta fricción calienta la región hasta temperaturas aún más altas".

Los científicos dicen que la mayoría de las galaxias, incluyendo nuestra galaxia de la Vía Láctea , contienen un agujero negro supermasivo en su núcleo. Un agujero negro supermasivo tiene una masa equivalente a varios millones y hasta varios miles de millones de estrellas como el Sol, comprimida dentro de una región más pequeña que nuestro sistema solar. El agujero negro en MCG-6-30-15, que se encuentra situado a más de 100 millones de años luz de la Tierra, tiene una masa equivalente a unos 100 millones de soles.

El equipo que observó el brillo de rayos X del gas de hierro viajando a la mitad de la velocidad de la luz, muy cerca del horizonte de los eventos (event horizon, en inglés) en MCG-6-30-15 (un "horizonte de los eventos" es la límite o borde teórico de un agujero negro). El satélite XMM-Newton capturó el espectro, ó huella digital química de este gas. El espectro, al graficarse sobre un papel, se asemeja a un electrocardiograma con sus picos y valles.

Izquierda: A un nivel de energía de 6.4 keV, pueden distinguirse claramente dos líneas espectrales: la línea azul delgada corresponde a rayos-X emitidos por el gas de hierro que se encuentra lejos del agujero negro y hacia afuera del disco de acreción. La línea ancha y amarilla, en cambio, es la nueva y misteriosa característica espectral revelada por el XMM-Newton. Haga clic en la imagen para ver una versión ampliada con los ejes rotulados. Imagen cortesía de la Misión XMM-Newton.

ver leyenda El espectro del hierro en MCG-6-30-15 tiene "picos" extremadamente anchos, lo cual es una indicación de que la gravedad está atrayendo a las partículas de luz llamadas fotones, y de este modo está literalmente estirando la luz. La línea de hierro en MCG-6-30-15 era tan ancha, de hecho, que la mayoría de la luz tenía que haber surgido de una región muy cercana al agujero negro, donde la fuerza de gravedad alcanza su mayor intensidad, dice Reynolds.

La cantidad total de energía emitida, ó luminosidad indicada por el espectro, sin embargo, era demasiado radiante para solamente haber obtenido su energía de la gravedad y de la caída libre de la materia. Tenía que existir alguna fuente adicional de energía que amplificara la luminosidad hasta los niveles de intensidad que se observaban.

Mitchell Begelman, de la Universidad de Colorado, quien también es co-autor del estudio, dice que este descubrimiento puede ser la evidencia, por observación directa, de una teoría formulada por el profesor Roger Blandford, quien actualmente trabaja en el Instituto Tecnológico de California (California Institute of Technology), y por el Dr. Roman Znajek, con quien trabajó hace 25 años cuando se encontraba en la Universidad de Cambridge, en Inglaterra. De acuerdo a esta teoría, la energía de rotación puede ser extraída de un agujero negro conforme este es frenado (en su rotación) por los campos magnéticos.

Begelman dice que la energía que se pierde en MCG-6-30-15 es transferida a la orilla interior del disco de acreción, un flujo de gas que se arremolina alrededor del agujero negro y que eventualmente cae en él. La teoría Blandford-Znajek implica que la energía fluye hacia chorros de partículas que surgen en dirección perpendicular al disco de acreción en ciertos sistemas que también contienen un agujero negro supermasivo, llamados cuasares. MCG-6-30-15 no es un cuasar, pero Begelman dice que la teoría también puede aplicarse en este caso, porque predice que el campo magnético podría de igual manera, enlazarse al disco.

ver leyenda ASCA, un satélite japonés de rayos X, encontró una posible evidencia de un agujero negro en rotación en 1994, pero la señal era demasiado débil para concluir con certeza que la energía estuviese siendo extraída del agujero negro.

Izquierda: El perfil de la línea espectral K-alfa del hierro en MCG-6-30-15 observada por el satélite ASCA. La línea de emisión es extremadamente ancha, con una amplitud que indica velocidades del orden de una tercera parte de la velocidad de la luz. Haga clic en la imagen para ver una versión ampliada con los ejes rotulados. Imagen cortesía del Centro Goddard para Vuelos Espaciales de la NASA.

El satélite XMM-Newton, lanzado desde la Guayana Francesa por la Agencia Espacial Europea en diciembre de 1999, incluye tres telescopios avanzados de rayos X, con una capacidad de recolección de luz suficiente como para detectar millones de fuentes, mucho más que cualquier otra misión anterior de rayos X.

La avanzada tecnología del satélite hizo posible este importante descubrimiento sobre la dinámica de la energía de los agujeros negros, y podría llevarnos en el futuro, a otros aún más sensacionales descubrimientos sobre nuestro cosmos.

La NASA colaboró en la financiación para el desarrollo de la misión del XMM-Newton y patrocina el tiempo de observación para invitados. El Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center ó GSFC) de la NASA, en Greenbelt, Md., sirve como anfitrión del centro de apoyo para observadores invitados de los Estados Unidos.

Enlaces a la Red

¡Monstruoso Agujero Negro en Rotación Deja Escapar Energía! -- más información sobre este descubrimiento, de la Agencia Espacial Europea (European Space Agency ó ESA)

El Satélite XMM-Newton de la ESA -- página principal

Agujeros Negros -- una página educativa sobre agujeros negros y discos de acreción

Agujeros Negros -- enlaces educativos, de la página Enlace al Espacio -- Spacelink -- de la NASA

Anatomía de los Agujeros Negros -- una fuente de información para maestros con mucha información sobre agujeros negros, incluyendo actividades para el salón de clases. De la página "Imagínate al Universo" (Imagine the Universe) de la NASA.

Rayos X, otra Forma de Luz -- Información básica sobre los rayos X de la página principal del Observatorio Espacial de Rayos X Chandra (Chandra X-ray Observatory ó CXO), de Harvard.

Agujeros Negros y Discos de Acreción -- Un cursillo de la página "Guía de Campo para la Astronomía de Rayos X" del CXO de Harvard.

Centro del Observatorio de Rayos X Chandra (Chandra X-ray Observatory Center) -- Puerta de entrada al universo de la astronomía de rayos X, para periodistas, estudiantes y científicos.

El Observatorio de Rayos X Chandra cumple dos años de importantes descubrimientos. -- Una conferencia de prensa del Centro Marshall para Vuelos Espaciales (Marshall Space Flight Center)

Artículos de Science@NASA sobre agujeros negros (en inglés y español):

Bocadillos de los Agujeros Negros -- El Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA ha descubierto una misteriosa explosión en el núcleo de nuestra galaxia, una señal de que el agujero negro central de la Vía Láctea podría estar devorando a sus vecinos.

Nueva Evidencia de Agujeros Negros -- Viendo casi nada, los astrónomos dicen haber descubierto algo extraordinario: los horizontes de los eventos de agujeros negros en el espacio.

Un Monstruo en el Medio -- El Observatorio de Rayos X Chandra podría haber encontrado un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Códigos de Barras Cósmicos -- El Observatorio de Rayos X Chandra se ha asomado hacia el núcleo de una galaxia lejana y ha detectado gas caliente saliendo de un agujero negro.

Midiendo Agujeros Negros en Rotación -- Utilizando información de varios satélites de la NASA, los científicos han medido la rotación de varios agujeros negros, por medio de mediciones precisas del tamaño de la última órbita estable de material alrededor del agujero.