Un parpadeo de la oscuridad: leyendo entre líneas para modelar el agujero negro central de nuestra galaxia


Las apariencias engañan. La luz de una bombilla incandescente parece constante, pero parpadea 120 veces por segundo. Debido a que el cerebro solo percibe un promedio de la información que recibe, este parpadeo se desdibuja y la percepción de iluminación constante es una mera ilusión.

Si bien la luz no puede escapar de un agujero negro, el brillo brillante del gas que orbita rápidamente tiene su propio parpadeo único. En un artículo reciente, publicado en Astrophysical Journal Letters, Lena Murchikova, miembro de William D. Loughlin en el Instituto de Estudios Avanzados; Chris White de la Universidad de Princeton; y Sean Ressler, de la Universidad de California en Santa Bárbara, pudieron utilizar este sutil parpadeo para construir el modelo más preciso hasta la fecha del agujero negro central de nuestra propia galaxia, Sagitario A* (Sgr A*), lo que proporciona información sobre propiedades como su estructura y movimiento.

Por primera vez, los investigadores han mostrado en un solo modelo la historia completa de cómo viaja el gas en el centro de la Vía Láctea, desde que las estrellas lo expulsan hasta que cae en el agujero negro. Al leer entre las líneas proverbiales (o la luz parpadeante), el equipo concluyó que la imagen más probable de la alimentación de un agujero negro en el centro galáctico implica la caída directa de gas desde grandes distancias, en lugar de un lento desvío del material en órbita durante un largo período de tiempo. tiempo.

Simulación de gas brillante alrededor de un agujero negro. Crédito: Chris White, Universidad de Princeton
«Los agujeros negros son los guardianes de sus propios secretos», afirmó Murchikova. «Para comprender mejor estos objetos misteriosos, dependemos de la observación directa y el modelado de alta resolución».

Aunque la existencia de agujeros negros fue predicha hace unos 100 años por Karl Schwarzschild, basándose en la nueva teoría de la gravedad de Albert Einstein, los investigadores recién ahora están comenzando a probarlos a través de observaciones.

En octubre de 2021, Murchikova publicó un artículo en Astrophysical Journal Letters, presentando un método para estudiar el parpadeo de los agujeros negros en la escala de tiempo de unos segundos, en lugar de unos minutos. Este avance permitió una cuantificación más precisa de las propiedades de Sgr A* en función de su parpadeo.

White ha estado trabajando en los detalles de lo que sucede con el gas cerca de los agujeros negros (donde los fuertes efectos de la relatividad general son importantes) y cómo esto afecta la luz que nos llega. Una publicación de Astrophysical Journal a principios de este año resume algunos de sus hallazgos.

Ressler ha pasado años intentando construir las simulaciones más realistas hasta la fecha del gas alrededor de Sgr A*. Lo ha hecho incorporando observaciones de estrellas cercanas directamente en las simulaciones y rastreando meticulosamente el material que arrojan al caer en el agujero negro. Su trabajo reciente culminó en un artículo de Astrophysical Journal Letters en 2020.

Murchikova, White y Ressler se unieron para comparar el patrón de parpadeo observado de Sgr A* con los predichos por sus respectivos modelos numéricos.

«El resultado resultó ser muy interesante», explicó Murchikova. «Durante mucho tiempo, pensamos que podíamos ignorar en gran medida de dónde provenía el gas alrededor del agujero negro. Los modelos típicos imaginan un anillo artificial de gas, aproximadamente con forma de dona, a una gran distancia del agujero negro. Descubrimos que tales modelos producir patrones de parpadeo inconsistentes con las observaciones».

El modelo de viento estelar de Ressler adopta un enfoque más realista, en el que el gas consumido por los agujeros negros es expulsado originalmente por las estrellas cercanas al centro galáctico. Cuando este gas cae en el agujero negro, reproduce el patrón correcto de parpadeo. «El modelo no se construyó con la intención de explicar este fenómeno en particular. El éxito no fue una garantía», comentó Ressler. «Entonces, fue muy alentador ver que el modelo tuvo un éxito tan espectacular después de años de trabajo».

«Cuando estudiamos el parpadeo, podemos ver cambios en la cantidad de luz emitida por el agujero negro segundo a segundo, realizando miles de mediciones en el transcurso de una sola noche», explicó White. «Sin embargo, esto no nos dice cómo se organiza el gas en el espacio como lo haría una imagen a gran escala. Al combinar estos dos tipos de observaciones, es posible mitigar las limitaciones de cada uno, obteniendo así la imagen más auténtica».

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