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El centro de la galaxia

Una lámpara de rayos X

Un disco de gas ubicado alrededor de un agujero negro se enciende cada siete días

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En el año 1991, la astrofísica gaúcha Thaisa Storchi Bergmann descubrió un disco de materia, una nube achatada de gas ionizado, que gira alrededor del agujero negro ubicado en el centro de la NGC 1097, una hermosa galaxia espiral de la constelación de Fornax, situada a 45 millones de años luz de la Tierra. A lo largo de una década, la investigadora de la Universidad Federal de Río Grande do Sul (UFRGS) observó una vez por año dicha galaxia y constató que el disco de gas no era uniforme. La nube contenía un brazo espiral que, cada cinco años y medio, daba una vuelta completa alrededor del agujero negro. La astrofísica también verificó que en ocasiones el disco se volvía más brillante. Esos picos de luminosidad fueron interpretados como producto de que el agujero negro en esos momentos traga más materia proveniente de la nube, en razón, quizá, de que exista allí una mayor densidad o cantidad de gas para su absorción.

Nuevas observaciones realizadas con el telescopio Gemini Sur, emplazado en Cerro Pachón, en Chile, entre finales del año pasado y comienzos de 2011, corrigieron la periodicidad del ciclo de la vuelta completa del brazo espiral a un intervalo de un año y medio y detectaron una segunda variación en la luminosidad del disco ubicada alrededor del agujero negro de la galaxia. En esta ocasión con una frecuencia temporal mucho menor, del orden de una semana. Las emisiones en rayos X de la parte más interna de la nube gaseosa, más cálida y que envuelve directamente al agujero negro, varían en cuestión de días, haciendo las veces de una lámpara, y la claridad se irradia desde el centro hacia los bordes del disco. Debido a que la luz tarda alrededor de una semana para viajar desde el centro hasta la periferia de la nube, el tamaño del rayo del disco de materia sería de sete días luz. “Solamente logramos detectar esa variación porque realizamos observaciones semanales de la galaxia durante tres meses seguidos”, dice Thaisa. Junto a colaboradores de Brasil y del exterior, entre los cuales se encuentra el alumno de maestría Jáderson Schimoia, Thaisa presentó un artículo en el cual describe el fenómeno para su publicación en una revista científica.

Una analogía con objetos del cotidiano facilita la visualización del fenómeno. El sistema constituido por el agujero negro más el disco de gas mantenido gravitacionalmente a su alrededor puede compararse con las partes de un viejo álbum de músicas gravadas en un disco de vinilo, un long play (LP). El agujero negro equivaldría al orificio de la galleta sonora. La parte más interna del disco de gas sería el sello de papel ubicado en el centro del LP. La más externa se asemejaría a la gran zona negra de vinilo, en donde quedan registradas las músicas, que nace pegada al sello y va hasta el borde del disco.

Tal comparación es útil, pero no es perfecta. El LP es un disco en el cual todas las partes poseen el mismo espesor. Pero el disco de materia de la NGC 1097 exhibe irregularidades. Su región central (el sello del vinilo) es más gruesa, más gordita que los sectores más alejados del agujero negro. Técnicamente posee la forma de un toroide, una figura que parece un neumático o una galleta con un agujero en el medio. “Es como si esa rosquita fuese una lámpara de alta energía sujeta a una columna que se encuentra un poco más elevada que el resto del disco de gas”, compara Thaisa. “Se enciende o se intensifica en función de la cantidad de gas que cae en el agujero negro.”

En el estudio, los investigadores analizaron datos obtenidos por el Gemini referentes a la llamada línea espectral H-alfa, la emisión de energía más intensa y visible del átomo de hidrógeno, proveniente de la zona periférica del disco. Y arribaron a la conclusión de que la variación de emisiones en esa zona obedecía al reflejo de la luminosidad originada en la “rosquita”. No se sabe exactamente por qué la lámpara guiña cada siete días, pero ese evento probablemente tiene que ver con las variaciones en la cantidad de materia chupada por el agujero negro. “Estaba acostumbrado con un régimen de captura de gas y, de repente, se vio obligado a tragar más materia”, compara el astrofísico brasileño Rodrigo Nemmen, otro autor del trabajo, quien lleva adelante su posdoctorado en el Goddar Space-Flight Center, de la Nasa.

Como se sabe, no es posible observar de manera directa un agujero negro, una zona del espacio tan densa y compactada, dotada de un enorme campo gravitacional, de la cual nada escapa, ni siquiera la luz. Pero un objeto con esas características suministra pistas indirectas de su presencia. Cuando se descubre una fuente misteriosa de radiación, especialmente de rayos X, en un punto del Universo tal como el centro de una galaxia activa, una de las posibles explicaciones para ese fenómeno es la existencia de un agujero negro. Poco antes de ser aspirada por el campo gravitacional del agujero negro, la materia del disco de gas se encuentra tan caliente que libera energía bajo la forma de radiación. Por ende, cuando se produce un pico de absorción de materia, es esperable que la región más interna del disco, la lámpara, aumente su luminosidad y refleje esa energía extra hacia sus bordes.

El conocimiento del tiempo que tarda la luz para viajar desde la parte más central hacia la periferia de una nube de gas permite obtener una estimación de la dimensión del disco de materia independientemente de otros modelos teóricos. “Teniendo la dimensión del disco y la velocidad del gas en torno del mismo, que inferimos a partir de emisiones ópticas y que puede llegar a 10 mil kilómetros por segundo, podemos obtener la masa del agujero negro”, explica Thaisa. Mediante este abordaje alternativo, los astrofísicos brasileños recalcularon ese parámetro del agujero negro en el centro de la NGC 1097. Dicho cálculo arrojó un resultado del orden de los 100 millones de masas solares, cifra que corresponde a las estimaciones realizadas mediante el empleo de otras técnicas.

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