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El centro de la Vía Láctea
Redacción
esde el descubrimiento de los cuásares (nombre dado a las fuentes de radio "cuasi-estelares") en 1963, los astrofísicos han estado tratando de encontrar una explicación a la prodigiosa producción de energía de esos enigmáticos -como muy luminosos- objetos del Universo. Los cuásares residen en el centro de las galaxias, y se piensa que la enorme cantidad de energía emitida por esos objetos se debe a la materia circundante que cae en un Agujero Negro supermasivo, entregando energía gravitacional en la forma de radiación intensa antes de que la materia desparezca para siempre en el agujero, es decir cuando ésta "atraviesa el horizonte de los sucesos".

Para explicar la tremenda producción de energía de los cuásares y otras galaxias activas, se debe proponer como hipótesis la existencia de agujeros negros con masas que van desde un millón a varios miles de veces la masa de nuestra estrella madre, el Sol. Durante muchos años los científicos han estado acumulando evidencias que parecen confirmar el modelo "agujero negro acrecional" para los cuásares y otras galaxias.

De todas maneras, una prueba consistente de este modelo, requiere excluir otras configuraciones posibles -que no contienen agujeros negros- de la concentración de la masa central. Por esto, es imperativo determinar la forma del campo gravitacional en las cercanías del objeto central. La realización de estas mediciones es hoy por hoy imposible en cuásares distantes debido a las limitaciones tecnológicas de los telescopios actuales.
 
El centro de la Vía Láctea
La imagen es una vista de la porción más profunda de la Vía Láctea, de unos pocos años-luz de lado, obtenida a mediados de 2002 con el instrumento óptico llamado NACO, en el telescopio VLT YEPUN de 8,2 m. La imagen combina cuadros en tres longitudes de onda infrarroja, entre 1,6 y 3,5 µm. Los objetos compactos son estrellas y sus colores indican sus temperaturas (azul = "caliente", rojo = "frío"). Hay también emisiones infrarrojas difusas de polvo interestelar entre las estrellas. Las dos pequeñas flechas amarillas marcan la posición del "candidato" a agujero negro SgrA*, en el centro mismo de nuestra galaxia Vía Láctea.
(Imagen: European Southern Observatory)
El centro de la Vía Láctea
El centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, está localizado en la constelación austral de Sagitario (El Arquero) y está a "sólo" 26 000 años-luz de distancia. En las imágenes de alta resolución, es posible distinguir miles de estrellas individuales dentro de la región central de la Vía Láctea. Esta región central tiene un año-luz de lado, distancia que es aproximadamente igual a la cuarta parte de la distancia que hay a "Próxima Centauri", la estrella más cercana al Sistema Solar.

Para conocer la forma del campo gravitatorio central, los investigadores midieron durante más de una década los movimientos de las estrellas centrales. Este trabajo se llevó a cabo en los observatorios de ESO-La Silla en Chile y en el Keck Observatory, Hawai, EE.UU..

Los estudios efectuados a la fecha muestran que una masa de casi 3 millones de masas solares está concentrada dentro de un entorno de sólo 10 días-luz de radio. Este entorno o región se ubica en el centro del agrupamiento central de estrellas de la galaxia, y es una fuente compacta de ondas de radio y rayos-X que ha sido bautizada como en SgrA* ("Sagitario A").

El comportamiento de SgrA* parecía indicar la presencia en el núcleo galáctico de un agujero negro supermasivo. De todas formas, para comprobar fehacientemente esto, y desechar otras configuraciones al menos teóricamente posibles que no contienen agujeros negros, se debió recurrir al ESO Very Large Telescope (VLT) en el norte de Chile.

Una nueva serie de estudios de SgrA* fue llevada a cabo en el año 2002 por un equipo internacional de astrónomos, encabezados por investigadores del Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) de Munich, Alemania. Se empleó un instrumento de óptica adaptativa llamado NAOS-CONICA (NACO) instalado en el telescopio de 8,2 m VLT YEPUN, en el observatorio ESO-Paranal.

Este equipo de investigadores publicó sus resultados en un notable artículo aparecido en la revista "Nature" (17 de octubre de 2002). En este artículo se mostraban imágenes de alta resolución del corazón de la Vía Láctea por medio de las cuales fue posible reconstruir 2/3 de la órbita de la estrella llamada "S2" (!), la cual es la estrella observable más cercana a la fuente compacta de radio y candidata a agujero negro SgrA*. El período orbital de S2 fue estimado en unos 15,2 años.

S2 es una estrella "normal", pero 15 veces más masiva y 7 veces más grande que nuestro Sol. Su órbita alrededor del Agujero Negro (SgrA*) es relativamente estable. Aunque se mueve relativamente cerca de este objeto central, S2 debería estar al menos 70 veces más cerca (a casi 16 minutos-luz del Agujero Negro) antes de que corra el riesgo de ser destruida por los efectos de la gravedad.
 
El centro de la Vía Láctea
La imagen de la izquierda muestra una imagen infrarroja NACO de ~ 2 x 2 arcsec2 de área, centrada en la posición de la fuente compacta de radio "SgrA*" en el centro de la Vía Láctea. SgrA*, en el centro estimado de nuestra galaxia, está indicado con una pequeña cruz. La imagen fue obtenida a una longitud de onda de 2,1 µm en Mayo de 2002 y la resolución angular es de unos 0,060 arcsec.
El gráfico de la izquierda muestra la órbita de la estrella S2 alrededor de SgrA*, según observaciones realizadas entre 1992 y 2002.
(Imagen: European Southern Observatory)
En órbita alrededor del Agujero Negro central (SgrA*)
Ningún evento como éste había sido registrado con anterioridad. Los datos generados por el VLT mostraban sin ambigüedad que S2 se mueve en una órbita elíptica con SgrA* en uno de los focos, de la misma forma en que la Tierra orbita alrededor del Sol.

La calidad de los datos también permitió una determinación precisa de los parámetros orbitales (forma, tamaño, etc.). En la primavera de 2002, S2 alcanzaría su menor distancia a SgrA*, en ese momento estaba a sólo 17 horas-luz de distancia de la fuente de radio, es decir casi 3 veces la distancia Sol-Plutón. La velocidad de S2 durante esta aproximación fue calculada en +5 000 km/s, unas doscientas veces más rápida que la Tierra en su órbita alrededor del Sol. La órbita de S2 es bastante elongada, con una excentricidad de 0,87. S2 está a casi 10 días-luz de distancia de la masa central en el punto orbital más distante.

"Ahora somos capaces de demostrar con certeza de que SgrA* es verdaderamente el lugar donde reside la masa oscura central, que con anterioridad sabíamos que existía. Y lo que es aún más importante, nuestros nuevos datos han reducido por un factor de varias centenas el volumen que contiene esa masa oscura equivalente a millones de masas solares", dijo Rainer Schödel, estudiante PhD del MPE y también primer autor del trabajo publicado (paper). En efecto, los cálculos del modelo ahora indican que la masa del agujero negro central de la Vía Láctea es equivalente 2,6 ± 0,2 millones de veces la masa del Sol...
Excluyendo otras alternativas
De acuerdo al detallado análisis presentado en el artículo Nature, las otras configuraciones previamente consideradas, tales como agrupamientos muy compactos de estrellas de neutrones, bolas de supuestos neutrinos pesados, etc. ahora pueden ser definitivamente excluidas.

La única configuración todavía posible que no contiene agujero negro, es una hipotética estrella de partículas elementales pesadas llamadas bosones, la cual sería muy similar a un agujero negro. "No obstante", dice Reinhard Genzel, del MPE, "aunque tal estrella de bosones en principio es posible que exista, de todas formas colapsaría en un agujero negro supermasivo...!"
Fuente: European Southern Observatory
 
Para saber más...


Agujeros Negros cazados por el radar

Investigadores miden velocidades cercanas a la velocidad de la luz en los alrededores de gigantescos monstruos cósmicos, utilizando el satélite de rayos X XMM-Newton.

Interpretación artística de un Agujero Negro Astrónomos Europeos han conseguido por primera vez confirmar los efectos relativistas predichos por la teoría de la Relatividad de Albert Einstein para las cercanías de los Agujeros Negros, en la luz del fondo cósmico de rayos X. El grupo de científicos liderado por Günther Hasinger, director en el Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre en Garching, cerca de Munich, ha podido identificar la huella espectral de átomos de hierro. Concretamente han observado una línea de hierro muy fuerte y distorsionada por efectos relativistas, en el espectro promedio de un centenar de galaxias activas, cuya luz en rayos X fue emitida cuando el Universo tenía menos de la mitad de su edad actual.

El cielo entero está repleto de una radiación difusa muy energética: el fondo cósmico de rayos X. Los astrónomos han podido demostrar durante los últimos años que esta radiación está asociada en su práctica totalidad a astros individuales. De forma parecida, Galileo Galilei, a principios del siglo XVII, pudo resolver la luz difusa de la Vía Láctea en una miríada de estrellas individuales. El fondo de rayos X proviene de cientos de millones de Agujeros Negros supermasivos, alimentados por material en los centros de galaxias distantes. Puesto que los Agujeros Negros acretan (tragan) masa, los podemos observar durante su etapa de crecimiento a través del fondo de rayos X. En el Universo actual, encontramos Agujeros Negros gigantes en los centros de prácticamente todas las galaxias cercanas.

Cuando la materia se precipita hacia el abismo de un Agujero Negro, cae a su alrededor -como en un torbellino cósmico- a velocidades casi tan grandes como la de la luz. La materia se calienta tanto que emite su última “llamada de socorro” en forma de radiación muy energética, antes de desaparecer para siempre. Por consiguiente los agujeros negros, que deberían ser invisibles, dan lugar a los objetos más luminosos del universo, siempre que estén bien alimentados en el centro de las llamadas “galaxias activas”. Cada elemento químico de que está constituida la materia, emite rayos X de una longitud de onda característica y por consiguiente puede ser identificado a través de su huella espectral. Los átomos de hierro son particularmente útiles, ya que este metal es muy abundante en el cosmos y radia muy intensamente a temperaturas altas.

De forma parecida a los radares de carretera, con los que la policía identifica los vehículos que exceden los límites de velocidad, las velocidades relativistas de los átomos de hierro que circulan alrededor de un Agujero Negro se pueden medir a través de variaciones en la longitud de onda de la luz que emiten. La combinación de efectos predichos por las teorías especial y general de la Relatividad de Einstein hace que en la luz de rayos X que se produce alrededor de los Agujeros Negros, deba aparecer una huella distorsionada muy característica. La relatividad especial postula que los relojes en movimiento funcionan más lentamente, mientras que la relatividad general predice que los relojes funcionan también más lentamente en las proximidades de grandes masas. Ambos efectos dan lugar a un desplazamiento de la luz emitida por los átomos de hierro hacia longitudes de onda más largas en el espectro electromagnético.

Sin embargo, si observamos la materia girando en el llamado “disco de acreción”, la luz de los átomos que se acercan hacia nosotros aparece desplazada hacia longitudes de onda más cortas y mucho más brillante que la que producen los átomos que se alejan de nosotros. Estos efectos de la Relatividad son tanto más fuertes cuanto más cerca del agujero negro consigue acercarse la materia. Debido a la curvatura del espacio-tiempo, estos efectos Relativistas son más fuertes en Agujeros Negros que giran rápidamente. En los últimos años se han podido obtener medidas de líneas de hierro relativistas en unas pocas galaxias cercanas – por primera vez en 1995 con el satélite Japonés ASCA.

Ahora los investigadores liderados por Günther Hasinger del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre en Alemania, junto al grupo de Xavier Barcons en el Instituto de Física de Cantabria (centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad de Cantabria) y Andy Fabian en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), han desvelado la huella relativista distorsionada de los átomos de hierro en la luz de rayos X promediada entre unos 100 Agujeros Negros lejanos del fondo de rayos X. Los astrofísicos han utilizado el observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Europea del Espacio ESA. Para ello apuntaron este instrumento hacia la constelación de la Osa Mayor durante más de 500 horas y descubrieron varios centenares de fuentes de rayos X muy débiles. Debido a la expansión del universo, las galaxias se alejan de nosotros a una velocidad que es mayor a mayor distancia y por consiguiente todas sus líneas espectrales aparecen a una longitud de onda distinta. Por tanto los astrónomos tuvieron que corregir en primer lugar la luz de rayos X de todos los objetos al sistema de referencia de nuestra Vía Láctea. Las medidas de las distancias a más de un centenar de objetos se obtuvieron con telescopio Americano Keck. Después de sumar la luz de todos los objetos, los investigadores se sorprendieron al encontrar de forma inesperada la intensísima señal con la característica forma ensanchada o distorsionada de la línea del hierro.

Con la intensidad de la señal han podido deducir la fracción de átomos de hierro en el material que está cayendo al Agujero Negro. Sorprendentemente, la abundancia química de hierro en el “alimento” de esos Agujeros Negros relativamente jóvenes es aproximadamente tres veces mayor que en nuestro Sistema Solar que, sin embargo, se ha creado mucho más tarde. Con ello se concluye que los centros de las galaxias en el universo primitivo debieron tener algún método particularmente eficiente para producir hierro, posiblemente gracias a que la actividad de formación estelar violenta “cocina” los elementos químicos muy rápidamente en las galaxias activas. La anchura de la línea indica que los átomos de hierro están radiando desde muy cerca del agujero negro, de tal forma que muy probablemente éstos tienen que estar girando a velocidades enormes. A esta conclusión han llegado también otros grupos que han comparado la energía en el fondo de rayos X con la masa total de Agujeros Negros “dormidos” en galaxias cercanas.

Fuente: ESA

 
Mendoza, Argentina, 26 de Febrero de 2005.
 
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