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Sonidos de un Agujero Negro
Nota de Prensa del Chandra
"...ondas sonoras 57 octavas más bajas que un Do-medio retumban desde un agujero negro super masivo, en el cúmulo de Perseo..."
os astrónomos que utilizan el Observatorio de rayos-X Chandra de la NASA han encontrado, por primera vez, ondas sonoras procedentes de un agujero negro super masivo. Esta "nota" es la más grave que se haya detectado nunca en nuestro Universo. Por otra parte, la tremenda cantidad de energía que contienen estas ondas podría resolver un antiguo problema en Astrofísica.

Este agujero negro se encuentra en el cúmulo de galaxias de Perseo, situado a 250 millones de años luz de la Tierra. En el 2002, los astrónomos hicieron observaciones profundas con el telescopio espacial Chandra, las cuales mostraban ondulaciones en el gas que rellena el cúmulo. Estas ondulaciones son evidencia de ondas sonoras que han viajado cientos de miles de años luz desde el agujero negro central del cúmulo.

Cúmulo de Perseo
El cúmulo de galaxias de Perseo . Cada objeto borroso es una galaxia. No visible en la imagen se encuentra la extensa nube de gas que rellena el cúmulo. Cerca del centro se puede observar un agujero negro supermasivo.
Observaciones previas habían revelado la prodigiosa cantidad de luz y calor que crea un agujero negro. "Ahora, hemos detectado también su sonido", dice Andrew Fabian, del Instituto de Astronomía en Cambridge, Inglaterra, y director del estudio.

En términos musicales, el tono de sonido generado por el agujero negro se traduce en la nota "Si". Sin embargo, un humano no tiene capacidad de escuchar esta composición cósmica puesto que dicha nota es 57 octavas más baja que el "Do" medio. En comparación, un piano normal tiene alrededor de siete octavas. A una frecuencia un billón de veces más grave que el umbral de detección del oído humano, es la nota más profunda que se haya detectado nunca proveniente de un objeto en el Universo.

"Las ondas de Perseo son mucho más que una interesante forma de acústica de agujero negro", dice Steve Allen, colaborador en esta investigación del Instituto de Astronomía de Cambridge. "Estas ondas sonoras pueden ser la clave que explique cómo crecen los cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes del Universo".

Perseo visto por el Chandra...
Escudriñando en el corazón del cúmulo de galaxias Perseo (izquierda), el Observatorio de rayos-X Chandra ha detectado ondas sonoras ronroneando a través del gas (derecha).
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Por años los astrónomos han tratado de entender porqué hay tanto gas caliente en los cúmulos de galaxias y tan poco gas frío. El gas caliente, al emitir rayos-X debería enfriarse, puesto que la emisión se lleva parte de la energía del gas. Los gases densos cercanos al centro del grupo, donde la emisión es más brillante, se deberían enfriar más rápido. Mientras que se enfrían, dicen los investigadores, la presión del gas debe reducirse, provocando que los gases exteriores graviten hacia el centro. Billones de estrellas se deberían estar formando en ese flujo gaseoso.

Pero sólo se ha encontrado escasa evidencia de flujo de gases o formación de estrellas. Esto ha obligado a los astrónomos a inventar diferentes teorías para explicar cómo el gas contenido en los cúmulos se mantiene caliente. Ninguna de ellas ha sido satisfactoria.

Las ondas sonoras de los agujeros negros podrían, tal vez, ser la clave.

Observaciones anteriores con el Chandra del cúmulo Perseo revelan dos cavidades globulares grandes, que se extienden desde el agujero negro central. Estas cavidades se han formado por chorros de material que han hecho retroceder el gas del cúmulo. Durante largo tiempo se ha sospechado que estos torbellinos -- que son un efecto lateral no intuitivo de la deglución de la materia circundante por el agujero negro -- son los que calientan el gas circundante. Pero el mecanismo era desconocido. Las ondas sonoras, detectadas en la reciente observación del Chandra propagándose desde las cavidades, podrían proporcionar este mecanismo de calentamiento.

Diagrama emisión de sonido
Ilustración de las cavidades y las ondas sonoras en el gas caliente que rellena el cúmulo de Perseo.
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Se necesita una enorme cantidad de energía para generar las cavidades, tanta como la energía combinada de 100 millones de supernovas. La mayor parte de esta energía se transporta con las ondas sonoras y debe disiparse en el gas del cúmulo, manteniéndolo templado y evitando posiblemente un enfriamiento por flujo. Si esto es correcto, el tono "Si" de la onda sonora, 57 octavas por debajo del Do medio, podría haberse mantenido prácticamente constante durante 2,500 millones de años.

Perseo es el grupo de galaxias más brillante en rayos-X, y por lo tanto era un objetivo perfecto para el Chandra en su búsqueda de ondas sonoras murmurando a través del gas caliente. Hay otros cúmulos de galaxias que muestran cavidades de rayos-X, y futuras observaciones del Chadra podrían también detectar ondas sonoras en dichos grupos.

 
Para saber más...
Agujeros Negros
Guillermo García-Segura (*)

Un Agujero Negro en acción!Los agujeros negros son uno de los fenómenos físicos que más han atraído la curiosidad durante los últimos años. El misterio que encierran, y sus características los hacen atractivos e intrigantes para mucha gente, incluso son fuente de discusión entre los científicos.
Un agujero negro es un cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad con una masa relativamente pequeña -como la del Sol o menor- que está condensada en un volumen mucho menor (de solo varios kilómetros de diámetro).
Todo agujero negro está rodeado por una frontera llamada horizonte (depende de la masa del cuerpo), que es la región de la que no se puede escapar. La luz puede entrar a través del horizonte, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro. Para entender la formación de un agujero negro es esencial conocer el ciclo de formación de una estrella. Una estrella se forma al concentrarse una gran cantidad de gas (hidrógeno principalmente). Debido a la gravedad estas partículas empiezan a colapsar entre sí. Al contraerse los átomos empiezan a colisionar entre sí, por lo tanto el gas se calienta, tanto que luego de un tiempo las partículas de hidrógeno al chocar se convierten en helio, liberando una gran cantidad de energía. Esa energía hace que la estrella brille y además hace que la presión del gas sea suficientemente grande como para equilibrar la gravedad, y la estrella deja de contraerse. Las estrellas permanecerán estables de esta forma por un largo período. Contradictoriamente, mientras más combustible tenga la estrella más rápido lo consume debido a que tiene que producir más energía.
Subrahmanyan Chandrasekhar, calculó lo grande que podría llegar a ser una estrella que fuera capaz de soportar su propia gravedad, antes de que se acabe su combustible. Descubrió una masa (aproximadamente 1.5 veces la masa del Sol) en la que una estrella fría no podría soportar su gravedad (límite de Chandrasekhar).
Se conocen en la actualidad, dos tipos de "residuos" (o estrellas muertas) de la evolución estelar, o dicho de otra forma, lo que queda de una estrella una vez agotado su combustible: las enanas blancas y las estrellas de neutrones.
Enana Blanca: es una estrella que posee menor masa que la del límite de Chandrasekhar, con un radio parecido al de la Tierra y una altísima densidad (toneladas por cm3). Una de las primeras enanas blancas que se descubrieron fue la que está girando alrededor de Sirio.
Estrella de Neutrones: también están dentro del límite de Chandrasekhar, pero mucho más pequeñas que las enanas blancas (algunas decenas de kilómetros). Su densidad es de decenas de millones de toneladas por cm3. Los pulsares son estrellas de neutrones en rotación. Se estima que hay de unos cien hasta mil millones de estrellas de neutrones en nuestra Galaxia, pero sólo unos diez mil de éstas pueden ser pulsares activos, las demás ya se "apagaron" y son difíciles de detectar.
¿Cómo se detectan los Agujeros Negros?
Conociendo la definición de un agujero negro, sabemos que nada puede escapar de él, pero si ni siquiera la luz puede salir, ¿cómo podemos darnos cuenta de la existencia de estas singularidades?
John Michell describió que un agujero negro sigue ejerciendo una fuerza gravitatoria sobre todos los cuerpos cercanos. Si el Sol fuese un agujero negro, nada le pasaría a la Tierra ni a los demás planetas, seguirían girando igual, en sus respectivas órbitas, sólo que no recibirían su luz. Cuando se observan sistemas en donde una estrella visible está girando alrededor de un cuerpo oculto, se presenta una posibilidad para que el cuerpo oculto sea un agujero negro, sin embargo, puede ser una estrella demasiado débil para ser vista. Pero, en lo que verdaderamente radica la detección de un agujero negro, es que este cuerpo comienza a absorber la materia de la estrella compañera. Este proceso forma un disco de materia en forma de espiral y adquiere una alta temperatura, por lo tanto, se emiten grandes cantidades de rayos X; con este comportamiento se puede concluir que el objeto oculto es una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro. Con la órbita de la estrella visible se puede determinar la mínima masa del cuerpo invisible. Si esta masa sobrepasa el límite de Chandrasekhar es demasiada grande para ser una estrella de neutrones o una enana blanca; por lo tanto, se dice que es un agujero negro. Los agujeros negros que se formaron hace miles de millones de años atrás, podrían ser detectados únicamente con la atracción gravitatoria.
A pesar de la dificultad al descubrir los hoyos negros, se estima con certeza que muchas estrellas a través del tiempo en el Universo han perdido toda su energía y han tenido que colapsarse.
Los agujeros negros son un caso, entre unos pocos en la historia de la Ciencia, en el que la teoría se desarrolla en gran detalle como un modelo matemático, antes de que haya alguna evidencia de que dichos cálculos son correctos.

(*) Investigador Titular
Instituto de Astronomía
UNAM - México.

 
Recursos Web

Más información (en inglés):
El Observatorio de Rayos-X Chandra -- aprenda más acerca del Chandra y sus muchos descubrimientos.

El Chandra "Escucha" a un Agujero Negro por Primera Vez (NASA) -- Nota de prensa completa, incluyendo animaciones y un álbum de fotos.

Cúmulos de Galaxias -- (CXO) Los cúmulos de Galaxias son los objetos más grandes en el universo que se soportan a si mismos por la fuerza de gravedad.

Astronomía de Rayos X vs. Rayos X en medicina -- (CXO) Es natural asociar los rayos X provenientes de objetos cósmicos con los que se usan para tomar radiografías en el consultorio médico; pero la comparación es algo complicada.

El Cúmulo de Perseo (APOD)

"Radiografía" del cúmulo de Perseo. (APOD)

 
Traducción y adaptación: David Martínez Herrera/Carlos Román
Mendoza, Argentina, 06 de Octubre de 2003.
 
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