Un Bevy De Agujeros Negros En El Corazón Secreto De Nuestra Galaxia

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Nuestra Vía Láctea tiene un corazón secreto de oscuridad, envuelto en un misterio y bien escondido de nuestra vista. Dentro de esta extraña región, reside una poderosa bestia gravitatoria, un agujero negro supermasivo llamado Sagittarius A *, o Sgr A * (pronunciado saj-a-star ) para abreviar, que pesa millones de veces más que nuestro Sol. Aunque Sgr A * ha mantenido sus muchos secretos ocultos a los ojos curiosos de los astrónomos curiosos, finalmente está empezando a contar su historia, ¡y qué historia es! En mayo de 2018, los astrónomos que utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, anunciaron que descubrieron evidencias de la existencia de miles de agujeros negros de masa estelar relativamente pequeños, que realizan un ballet exótico cerca del corazón oscuro de nuestra Galaxia, donde reside Sgr A * . Los caballos negros de masa estelar típicamente pesan entre 5 y 30 veces la masa solar, y este tesoro recién descubierto lleno de estos objetos “más pequeños” se encuentra dentro de los tres años luz de donde Sgr A * reina en secreto, siniestro esplendor: un hechizante corazón de oscuridad que guarda las cosas para sí mismo.

Tres años luz es una distancia muy corta en las escalas cósmicas. Los estudios teóricos de la dinámica de las estrellas que habitan en las galaxias han sugerido que una importante población de agujeros negros de masa estelar, quizás unos 20,000, podría vagar hacia el interior a medida que pasa el tiempo, reuniéndose en gran medida alrededor de Sgr A * . Este estudio reciente que utiliza datos obtenidos de Chandra proporciona la primera evidencia observacional de la existencia de un grupo de agujeros negros fascinantes en el corazón de nuestra Vía Láctea.

Los objetos de masa estelar nacen como resultado del colapso gravitatorio de una estrella especialmente masiva. Este extraño nacimiento generalmente es anunciado por una brillante exhibición de fuegos artificiales celestiales llamados supernova . Las supernovas son las explosiones estelares más poderosas que se conocen, y son tan brillantes que con frecuencia pueden observarse hasta el borde del Universo observable, y en realidad pueden eclipsar su derecho de anfitrión galáctico por un breve parpadeo. escalas de tiempo cósmicas. Los agujeros negros de masa estelar se denominan con frecuencia colapsos.

Un agujero negro de masa estelar , que está fuertemente bloqueado en una órbita cercana con una estrella, robará el gas de su infortunado compañero. Los astrónomos denominan binarios de rayos X a estos sistemas. El material estelar robado cae en un disco que se calienta hasta millones de grados y emite rayos X antes de desaparecer en las fauces hambrientas de la bestia gravitatoria. Algunos de estos binarios de rayos X aparecen como fuentes puntuales en la imagen de Chandra .

Por lo tanto, el agujero negro es observable en las radiografías. En contraste, la estrella compañera victimizada puede ser observada por astrónomos usando telescopios ópticos. La liberación de energía tanto para los agujeros negros como para las estrellas de neutrones es del mismo orden de magnitud y, por esta razón, a los astrónomos les resulta difícil distinguir entre los dos objetos.

Las estrellas de neutrones son los restos muy densos, del tamaño de una ciudad, de una estrella masiva que ha perecido en los ardientes fuegos artificiales de una explosión de supernova . De hecho, las estrellas de neutrones son tan densas que una cucharadita llena de materia de estrellas de neutrones puede pesar tanto como una escuela de ballenas. Sin embargo, las estrellas masivas que son las progenitoras de las estrellas de neutrones no son tan masivas como las estrellas que colapsan para convertirse en agujeros negros de masa estelar.

La buena noticia es que las estrellas de neutrones tienen algunos atributos de identificación. Las estrellas de neutrones muestran una rotación diferencial y pueden poseer tanto un campo magnético como explosiones localizadas, denominadas explosiones termonucleares. Cuando los astrónomos observan estas propiedades de tattle-tale, el objeto compacto que habita el sistema binario se revela como una estrella de neutrones, pero en lugar de un agujero negro de masa estelar.

Las masas derivadas provienen de observaciones de fuentes de rayos X compactas que combinan datos ópticos con datos de rayos X. Todas las estrellas de neutrones que se han identificado hasta ahora muestran masas por debajo de 2.0 masas solares. Ninguno de los sistemas compactos con masas por encima de 2.0 masas solares, que se han observado, muestran las propiedades de una estrella de neutrones. Por lo tanto, la combinación de estas propiedades hace que sea cada vez más probable que la clase de estrellas compactas con masas superiores a 2.0 masas solares sean realmente agujeros negros de masa estelar.

Nuestra galaxia alberga varios candidatos de agujero negro de masa estelar , que permanecen más cerca de la Tierra que Sgr A * . La mayoría de estos candidatos son miembros de los sistemas binarios de rayos X en los que el miembro compacto del dúo saca el material estelar de su compañero por medio del disco de acreción.

Sin cabello

Un agujero negro, de cualquier tamaño, puede describirse como que tiene solo tres propiedades. Según ciertas teorías denominadas “sin pelo” , un agujero negro tiene tres propiedades fundamentales: masa, carga eléctrica y espín (momento angular). Los científicos generalmente creen que todos los agujeros negros nacen en la naturaleza con un giro. Sin embargo, no se ha registrado una observación definitiva de este giro, al menos, todavía no. El giro de un agujero negro de masa estelar se debe a la conservación del momento angular de la estrella progenitora masiva que lo produjo.

El colapso gravitacional de una estrella masiva es un proceso natural. Es inevitable que cuando una estrella masiva llegue por fin al final de ese largo camino estelar, en el que todas sus fuentes de energía estelar se agoten, colapsa bajo el impulso implacable de su propia gravedad, y luego se vuele a sí misma en el fuego. gran final de una explosión de supernova. Si la masa de la parte colapsante de la estrella progenitora está por debajo del límite para la materia degenerada de neutrones (Tolman-Oppenheimer-Volkoff – TOV – límite) , el resultado final es una estrella compacta. La estrella compacta puede ser una enana blanca o una estrella de neutrones, pero también puede ser un objeto estelar aún hipotético llamado estrella quark. Sin embargo, si la estrella progenitora, es decir en el proceso de colapso, deportes una masa mayor que el límite TOV, la intensa contracción de su propia gravedad se encenderá y así sucesivamente hasta que se alcanza el volumen cero y un nuevo negro de masa estelar El agujero nace alrededor de ese punto en el espacio.

Según la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein (1915), un agujero negro de cualquier masa puede existir en la naturaleza. Cuanto más baja es la masa, más alta debe ser la densidad de la materia para dar lugar a un agujero negro. Ningún proceso conocido puede formar un agujero negro con una masa inferior a unas pocas veces la masa solar. Si hay agujeros negros tan pequeños que existen en cualquier parte del Universo, probablemente sean agujeros negros primordiales.

Durante los últimos veinte años, los astrónomos han logrado reunir pruebas suficientes para apoyar la idea de que nuestra Vía Láctea alberga a una bestia supermasiva en su corazón secreto de la oscuridad. Allí, escondido en el centro de nuestra galaxia, espera su cena: una estrella rallada, a veces, o una nube de gas condenado. Debido a que este objeto misterioso se esconde relativamente cerca de nuestro propio planeta, proporciona información invaluable a los astrónomos acerca de cómo se comporta la gravedad extrema de forma fascinante, molesta y desconcertante. Por este motivo, Sgr A * también arroja nueva luz sobre la Relatividad General . Debido a que los agujeros negros son tan completamente negros, los astrónomos intentan entender sus propiedades exóticas observando la luz que emite el gas deslumbrante que los rodea (disco de acreción) .

Treasure-Trove Of Stellar-Mass Black Holes

Un equipo de astrónomos, dirigido por el Dr. Charles Hailey de la Universidad de Columbia en Nueva York, usó datos derivados de Chandra para buscar binarios de rayos X que contienen agujeros negros que residen cerca de Sgr A *. Los científicos estudiaron los espectros de rayos X (la cantidad de rayos X observados a energías variables) de las fuentes que residen a aproximadamente 12 años luz del corazón oscuro masivo de nuestra Vía Láctea.

Luego, el equipo seleccionó las fuentes que muestran espectros de rayos X similares a los de los binarios de rayos X conocidos que mostraron cantidades relativamente grandes de rayos X de baja energía. Usando esta técnica, los científicos pudieron detectar catorce binarios de rayos X ubicados a tres años luz de Sgr A *. Se cree que un dúo de las fuentes de rayos X contiene estrellas de neutrones. Esta probabilidad se basa en la detección de arrebatos de estrellas de neutrones característicos observados en estudios anteriores. Por esta razón, las dos fuentes fueron eliminadas del análisis.

El Dr. Hailey y su equipo concluyeron que la mayoría de los binarios de rayos X restantes probablemente contenían agujeros negros de masa estelar. La cantidad de variación que han mostrado en el transcurso de los años es diferente de la predicha para los binarios de rayos X que albergan estrellas de neutrones.

Solo los binarios de rayos X más brillantes que contienen agujeros negros son detectables a la distancia a la que se encuentra nuestro agujero negro supermasivo residente de la Galaxia. Por esta razón, las investigaciones incluidas en esta investigación sugieren que una población significativamente mayor de binarios de rayos X más débiles y no detectados (de al menos 300 a hasta mil) albergan agujeros negros de masa estelar en el vecindario general que rodea a Sgr A *.

Esta población de agujeros negros , que posee un compañero estelar cerca de Sgr A *, podría arrojar nueva luz sobre la misteriosa formación de binarios de rayos X que resultan del paso cercano entre las estrellas y los agujeros negros de masa estelar. Este descubrimiento también podría ayudar a futuros estudios de ondas gravitacionales. Esto se debe a que conocer la cantidad de agujeros negros que se encuentran en el corazón de una galaxia típica puede ayudar a los astrónomos a predecir mejor cuántos eventos de ondas gravitacionales pueden estar asociados con ellos. Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del propio Spacetime, y proporcionan a los astrónomos una nueva forma de estudiar el Universo.

Una población aún mayor de agujeros negros de masa estelar , que son voluntarios, sin una estrella compañera que puedan llamar propia, también deberían estar bailando cerca de Sgr A *. De acuerdo con la investigación teórica de seguimiento realizada por el Dr. Aleksey Generozov (Universidad de Columbia) y sus colegas, debería haber más de aproximadamente 10,000 agujeros negros de masa estelar que persiguen el corazón oscuro oculto de nuestra Galaxia Vía Láctea.

Si bien el Dr. Hailey y sus colegas están a favor del escenario del agujero negro de masa estelar para sus hallazgos, no descartan la posibilidad de que el 50% de las fuentes observadas provengan realmente de una población de púlsares de milisegundos . Un púlsar de milisegundos es una estrella de neutrones recién nacidos que gira con rapidez, y que proviene de la pira funeraria de su estrella progenitora que pereció en la brillante explosión de una supernova. Los pulsares de milisegundos poseen campos magnéticos muy potentes.

Un artículo que describe estos resultados aparece en la edición del 5 de abril de 2018 de la revista Nature.

El Chandra X-ray Observatory es un observatorio espacial lanzado por la NASA el 23 de julio de 1999.

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