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Cómo se alimentan los agujeros negros

7 Junio.- Mediante el estudio de los rayos X emitidos cuando los gases sobrecalentados penetran en los lejanos agujeros negros masivos, los astrofísicos del Instituto de Tecnología de Georgia han proporcionado una importante prueba de una teoría desde hace mucho tiempo que describe la física extrema que ocurre cuando la materia se mueve en espiral en estos objetos masivos.


Agujero negro tragando materia
La materia que cae en agujero negro emite enormes cantidades de energía que puede escapar de la luz visible, luz ultravioleta y rayos-X . Esta energía también puede impulsar las salidas de gas y polvo lejos del agujero negro, que afectan al crecimiento y la evolución de las galaxias que contienen los agujeros negros. Comprender los complejos procesos que ocurren en estos núcleos galácticos activos es vital para las teorías que describen la formación de galaxias como la Vía Láctea , y por lo tanto el tema de intensa investigación.

Aunque la luz no puede escapar del agujero negro por si misma, los agujeros negros con discos de acreción - que se arremolinan las nubes de materia a punto de entrar en el agujero
negro - se encuentran entre los objetos más luminosos en las galaxias. Mediante el estudio de cómo la radiación y el disco de acreción interactúan, los astrofísicos pueden aprender mucho acerca de los campos gravitatorios extremos, las fuerzas magnéticas y los procesos de radiación cerca de los agujeros negros.

"Se revisaron los datos recogidos de los telescopios espaciales durante los últimos años y se encontró que cuanto más rápidamente un agujero negro engullía el material, más altamente ionizado era del disco de acreción", dijo David Ballantyne, profesor asistente en la escuela del Tech de Georgia de la Física . "La teoría simple de los discos de acreción predice esto, pero la relación se vio entre la ionización y la tasa de acumulación que es diferente de lo que la teoría predice."

La gran diferencia entre las relaciones observadas y teóricas no es sorprendente para un fenómeno que exactamente no puede ser probado bajo condiciones controladas de laboratorio. En un artículo publicado en Internet el 3 de junio en El Diario Astrofísico, Ballantyne describe la investigación y especula sobre las posibles razones de la diferencia entre las observaciones y la teoría. La investigación, que aparecerá en el Diario de junio, la edición 20, fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia (NSF).

"Al igual que en muchas áreas de la ciencia, la astronomía en particular, terminamos por necesitar más datos - observaciones de alta calidad, y muchos más para definir mejor esta relación," agregó.

Los astrofísicos no tienen una comprensión detallada de cómo funciona el proceso de acreción, ¿por qué el agujero negro crece a un ritmo diferente - o que es lo que los hace dejar de crecer. Estas preguntas son importantes porque el crecimiento de los activos núcleos galácticos - los agujeros negro y sus alrededores discos de acreción - tienen mayores efectos en las galaxias de las que forman parte.

"La fase de acumulación rápida libera una gran cantidad de energía, no sólo en la radiación, sino también en las salidas que el gas es expulsado de una galaxia, que puede impedir la formación de estrellas y frenar el crecimiento de la galaxia", dijo Ballantyne, un científico en Georgia Tech, el Centro de Astrofísica Relativista. "Podríamos aprender algo fundamental sobre el flujo de energía a través del disco de acreción muy cerca del agujero negro. Podríamos aprender sobre la viscosidad de la materia y la eficiencia del transporte donde la radiación tiene lugar. Éstas son preguntas muy importantes en astrofísica."

Los rayos X se cree que vienen de la porción más interna de los núcleos activos de las galaxias. A medida que pasan a través de la materia en su camino hacia el agujero negro, los rayos X son alterados por los materiales de manera que los astrofísicos pueden medirlos. En su estudio, Ballantyne y sus colaboradores estaban interesados en estudiar el estado de ionización de la materia - que se relaciona con la iluminación - y fueron capaces de hacerlo mediante el análisis de la "huella digital" de la ionización dejada en los rayos-X.

"Del trabajo de laboratorio, entendemos la física de cómo el gas interactúa con la radiación de rayos X porque es básicamente un problema de física atómica", explicó. "Podemos modelar a lo que pueden parecerse estas huellas en los rayos X, y compararlo con los datos reales que nos ayuden a entender lo que está pasando."

Debido a su alta energía y longitud de onda corta, los rayos X pasan a través de muchos materiales, tales como los cuerpos humanos, con poca atenuación. Esto las hace ideales para el examen de los procesos en los núcleos galácticos activos. Longitudes de onda mayores, como la luz ultravioleta y luz visible, son absorbidas por el polvo intergaláctico, o son difíciles de distinguir de la luz que se origina en las estrellas. Sin embargo, los rayos X no son absorbidos por los objetos densos, como los huesos y lo más importante para este estudio son los discos de acreción.

Ballantyne y sus colaboradores Jon McDuffie y Rusin John estudiaron diez observaciones de rayos X reportadas por otros científicos de ocho núcleos activos de galaxias diferentes. Las observaciones se realizaron utilizando telescopios espaciales, tales como Chandra y XMM.

Para ser útil, se utiliza únicamente mediciones de las emisiones de rayos-X de la parte más interna y caliente del disco de acreción, y sólo cuando la masa del agujero negro que van desde un millón a mil millones de veces el tamaño de nuestro Sol había estimaciones de alta calidad.

El siguiente paso en la investigación consistirá en reunir información adicional de otros estudios de núcleos activos de galaxias para ver si la relación lineal del grupo Ballantyne sostiene esta medida. El trabajo también puede llevar a otras técnicas para el aprendizaje sobre los agujeros negros y el proceso de acreción.

"Los agujeros Negro mismos son muy simples, pero lo que sucede a su alrededor puede ser muy complejo", dijo Ballantyne. "Todavía hay mucho por aprender sobre cómo los agujeros negro obtienen el combustible, y cómo algunos engrandecen lentamente, mientras que otros engrandecen rápidamente. La astrofísica de los agujeros negros es en realidad muy importante en la determinación de como es nuestro universo. "
Las duras condiciones de algunos lugares en la Tierra ayudarán a probar las misiones antes de ir a Marte o a Titán.
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