Una nueva forma de medir la rotación de los agujeros negros

A veces, los astrónomos tienen suerte y presencian un evento que pueden observar para aprender cómo evolucionan las propiedades de algunos de los objetos más masivos del universo. Sucedió en febrero de 2020, cuando un equipo de astrónomos internacionales dirigido por Dheeraj (D.J.) Basham en el MIT descubrió un tipo particular de evento emocionante que les ayudó a rastrear la velocidad a la que giraba un agujero negro supermasivo por primera vez.

El Dr. Basham encontró AT2020ocn, un destello brillante capturado por la Instalación Transitoria Zwicky en el Observatorio Palomar. Pensó que podría indicar un evento de perturbación de mareas (TDE). En estos eventos extremos, el agujero negro destroza la estrella. Parte del remanente de la estrella escapa del agujero negro, pero la otra parte cae en el disco de acreción. La forma en que cae podría ser la clave para comprender cómo gira el agujero negro.

La forma en que se acrecentó este disco se atribuye a una teoría cosmológica llamada precesión de Lens-Thuring, que explica cómo el espacio-tiempo se distorsiona por fuertes campos gravitacionales, como los que se encuentran alrededor de los agujeros negros. La teoría de Lens-Thuring predice que el disco de acreción que se forma después del TDE se «tambaleará» poco después del evento antes de establecerse en un patrón más regular de materia que orbita alrededor de un agujero negro. La clave será detectar un evento TDE muy temprano después de que ocurra y luego observar la “oscilación” resultante durante el mayor período de tiempo posible.

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Frazer analiza la medición de la rotación de los agujeros negros.

Entonces, detectar AT2020ocn fue solo el primer paso, y luego los autores tuvieron que monitorearlo, preferiblemente durante varios meses. Para ello, utilizaron el Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER), un telescopio de rayos X adjunto a la Estación Espacial Internacional. NICER monitoreó la galaxia que contiene AT2020ocn durante 200 días inmediatamente después del brillante destello capturado por Zwicky.

Comenzaron a notar un patrón. Cada 15 días, la cantidad de rayos X emitidos alrededor del agujero negro alcanzaba su punto máximo, lo que indicaba la posible «oscilación» que estaban buscando. Al incluir esta frecuencia en las ecuaciones de la teoría de Lens-Thuring, junto con estimaciones de la masa de la estrella y la masa del agujero negro, determinaron que el agujero negro estaba girando al 25% de la velocidad de la luz, lo que en realidad es relativamente lento para un agujero negro. .

La velocidad de rotación de un agujero negro puede aumentar o disminuir según su entorno local. A medida que absorbe más material, generalmente en forma de material del disco de acreción en el que cae, su velocidad de rotación aumenta. Por otro lado, si choca con otro agujero negro, la velocidad de rotación general puede disminuir, ya que los giros de los dos agujeros negros podrían ser opuestos. Esto parece ser lo que sucedió con el agujero negro que causó AT2020ocn TDE, dada su velocidad relativamente lenta en comparación con otros agujeros negros.

Los agujeros negros suelen girar excepcionalmente rápido, como explica Fraser en este vídeo.

Los resultados de este trabajo se publicaron recientemente en un artículo de la revista Nature. También podría sentar las bases para calcular la rotación de otros agujeros negros supermasivos en la galaxia. El Dr. Basham cree que los astrónomos pueden calcular el giro de cientos de agujeros negros, lo que permitirá conocer mejor su formación y ciclo de vida.

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Pero para lograrlo, todavía necesitarán mucha suerte. Las TDE son eventos relativamente raros e incluso cuando ocurren, existen claras limitaciones de recursos en el tiempo del telescopio. El Observatorio Vera Rubin podría resultar útil porque observará grandes zonas del cielo, pero no está previsto que entre en funcionamiento hasta mediados del próximo año. Hasta entonces, aquellos interesados ​​en rastrear la rotación del agujero negro pueden tener que depender del azar para encontrar un evento raro y tener suficiente tiempo con el telescopio para observarlo.

Aprende más:
Instituto de Tecnología de Massachusetts – Utilizando materia estelar oscilante, los astrónomos miden por primera vez el giro de un agujero negro supermasivo
Basham et al. – Iniciativa Lens-Thuring después de que un agujero negro supermasivo perturbara una estrella
UT – Los agujeros negros liberan haces de partículas que cambian de objetivo con el tiempo
UT – El agujero negro en la Vía Láctea gira a la velocidad más rápida posible

Imagen principal:
Una representación artística de cómo el disco de acreción alrededor de un agujero negro oscila en frecuencia a medida que gira, y cómo un sensor cerca de la Tierra puede captar esta oscilación.
Créditos: Michal Zajacek y Deraj Basham

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