Pregunta: Si un agujero negro no emite luz, ¿cómo podemos detectarlo?
Respuesta:
RLa realidad es que los agujeros negros son relativamente fáciles de detectar ya que podemos ver cómo afectan a su entorno. Hay agujeros negros de todos los tamaños: desde los microscópicos agujeros negros primordiales, pasando por los agujeros negros estelares de las Supernovas, hasta los BHs supermasivos en el centro de las galaxias https://www.esa.int/…/Black_hole_in_a_strong_magnetic…
Opción 1: la gravedad. En los sistemas estelares binarios, la masa del sistema puede deducirse estudiando la órbita de la estrella que podemos ver. En el caso de los agujeros negros supermasivos, estudiamos los movimientos de las estrellas y del gas más cercanos https://upload.wikimedia.org/…/commons/5/50/SgrA2018.gif(credit @ESO @MPE_Garching).
Opción 2: atraparlas mientras están comiendo (acumulando materia). Cuando esto ocurre, esta materia se calienta y se vuelve extremadamente brillante. Los agujeros negros supermasivos que están engullendo materia activamente son los objetos persistentes más brillantes del Universo https://esahubble.org/wordbank/quasar/(Credit ESA – European Space Agency).
Opción 3: simplemente hacer una foto. No podemos verlos directamente, pero podemos ver su sombra. En 2019, el telescopio Event Horizon (EHT, compuesto, de hecho, por 8 telescopios en todo el mundo), produjo la primera imagen de un Agujero Negro https://static.projects.iq.harvard.edu/…/m87_lo_april11… (Credit: Event Horizon Telescope).
Opción 4: captar la onda. Cuando dos agujeros negros colisionan, la alteración del espacio-tiempo que producen se propaga por el Universo en forma de Ondas Gravitacionales. Las detectamos por primera vez en 2015 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/Wavy.gif(Credit: NASA Jet Propulsion Laboratory).
Sólo uno de estos tipos de agujeros negros no se ha detectado aún: los agujeros negros primordiales. Si se encuentran, podrían ayudarnos a resolver uno de los misterios que quedan sobre nuestro Universo: la naturaleza de la materia oscura https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/P3WVJSbJ6ZDtPNuobobSth…(Credit: Caltech IPAC).
Pregunta: ¿Cómo se esconden los agujeros negros de nosotros?
Respuesta:
Los agujeros negros son glotones. Incluso mientras devoran estrellas, planetas y otros desechos espaciales, no pueden evitar prepararse para su próxima comida amontonando más restos interestelares a su alrededor. La mayoría se esconde de nosotros detrás de estas reservas de comida, alias «el oscurecedor» https://www.nustar.caltech.edu/image/nustar151217c (Credit: @NASAJPL).
Pero los agujeros negros no saben cuándo es suficiente. Las investigaciones sugieren que se acumula más y más comida en el oscurecedor hasta que el agujero negro no puede retenerla. En ese momento, el exceso de comida es expulsado hacia el exterior a través de un viento de salida hacia la galaxia circundante https://www.eso.org/public/videos/eso1327a/ (Credit: @ESO).
Al igual que los médicos pueden entender la estructura de los huesos de sus pacientes con escáneres de rayos X, nosotros utilizamos telescopios espaciales de rayos X para entender la estructura del oscurecedor. Por ejemplo, usando datos de @nasanustar, @chandraxrayobservatory & #Suzaku estudiamos el denso oscurecedor en IC 3639 (ver imagen) https://www.nustar.caltech.edu/image/nustar170107b (Credit: @NASAJPL @ESO).
¡Pero aún queda mucho por aprender! Con las observaciones de telescopios e instrumentación de nueva generación como @AthenaXIFU, trazaremos un mapa de la compleja geometría dinámica de este oscurecedor multicomponente con un detalle sin precedentes y estudiaremos su papel como enlace entre el agujero negro y la galaxia circundante https://www.desy.de/sites2009/site_www-desy/content/e428/e548/e4802/e274718/e274917/e274980/PM_DESY_Blazar_quer_A4_300DPI_ger.jpg
Pregunta: ¿Qué masa tienen los agujeros negros?
Respuesta:
Estudiamos las masas de los agujeros negros comparándolas con nuestro sol: 1 Mas Solar (M🌞), 2*10^30 Kg o ¡333,000 veces la masa de la Tierra! Los agujeros negros pueden ser diminutos o tener millones de M🌞 https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia18842-harrison-2.jpg (Credit: @NASAJPL)
Hay cuatro tipos (mi favorito son los supermasivos):
Primordial: Very small and formed in the early universe, de unos 10^11 kg a 1 M🌞.
Estelares: Se forman a partir de estrellas en colapso y están en el rango de 1-100 M🌞.
Intermedios: Desde 100 M🌞 hasta 1 millón de M🌞. La mejor detección obtenida es uno con 160 M🌞 debido a ondas gravitatorias, y casi ninguno se ha detectado entre 160 y 1 millón M🌞
Supermasivo (SMBH): ¡Un millón M🌞 y más!
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/A_black_hole_of_puzzling_lightness.jpg (Credit: @esa @Hubble_space)
¡Los agujeros negros supermasivos son los maypres y los mejores! A veces también tienen potentes jets.
Consulta este artículo para conocer las estimaciones de masa de algunos SMBHs: https://tinyurl.com/2p93h88b
Pregunta: ¿Qué podemos encontrar en la proximidad de un agujero negro?
Respuesta:
La mayoría de los agujeros negros vagan solos. Esto hace que sea más difícil detectarlos. Por suerte, en algunos casos, encontramos material que cae en un agujero negro. Este material forma un disco aplanado que se calienta, irradiando así ondas electromagnéticas, a medida que se acerca al agujero negro, lo que facilita su detección.
En el centro del disco, cerca del agujero negro, hay una región de electrones muy calientes, con temperaturas de unos mil millones de grados. Se conoce como corona y produce rayos X de alta energía que se emiten en todas las direcciones https://web.archive.org/web/20150321104026/http://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA16695 (Credit: @NASAJPL).
El material próximo al agujero negro no sólo desciende en espiral hacia el agujero negro. En algunos casos, este material puede ser expulsado en forma de vientos de disco o chorros colimados que inyectan material y energía en la galaxia que alberga el agujero negro, o incluso llegan al medio intergaláctico https://sci.esa.int/web/xmm-newton/-/50098-artist-s-impression-of-galactic-outflows-and-jets (Credit: @esascience @ESA_XMM).
@AthenaXIFU nos ayudará a entender cómo los agujeros negros podrían dar forma al universo mediante el estudio de su entorno cercano: la emisión de los discos, la geometría y la naturaleza de la corona, y las propiedades del material saliente https://www.the-athena-x-ray-observatory.eu/media/rokgallery/5/558a40ac-a78f-4a40-d502-2a78d3afc1cc/X_IFU_Wissh_spectrum_50ks.jpg (Credit: @DidierBarret).
Pregunta: ¿Crecen los agujeros negros?
Respuesta:
Los astrónomos están convencidos de que cada galaxia del Universo contiene un agujero negro masivo en su centro. A lo largo de su vida, los agujeros negros masivos crecen, alcanzando hasta mil millones de veces la masa del Sol https://astropix.ipac.caltech.edu/archive/eso/potw2206d/eso_potw2206d_1024.jpg (Credit: @ESO)
La materia en forma de gas, polvo y estrellas, cae hacia el horizonte de sucesos de un agujero negro. Se calienta, emitiendo una enorme cantidad de radiación que puede observarse desde miles de millones de años luz https://astropix.ipac.caltech.edu/archive/wise/wise2016-001/wise_wise2016-001_1024.jpg (Credit: @NASAJPL @caltechipac)
En el Universo temprano, es probable que un agujero negro se fusione con otro, aumentando significativamente la mayor parte de su masa https://astropix.ipac.caltech.edu/archive/chandra/436/chandra_436_1024.jpg (Credit: @NASA @ChandraCDO @MIT @STScI)
El papel de @AthenaXobs será crucial en nuestra comprensión del crecimiento de los agujeros negros en el Universo, al desvelar los procesos que dominaron el crecimiento temprano y la física de la acreción de material ▶️ https://bit.ly/3y7SoDv
https://www.the-athena-x-ray-observatory.eu/media/rokgallery/f/f428df79-33ce-40e5-dc60-eced8456f11f/Athena_AGN_artisticview.jpg (Credit: @esa @NASA @IRAP_France @CNES @CNRS_Toulouse)
Pregunta: ¿Qué ocurre cuando dos agujeros negros se fusionan?
Respuesta:
Los agujeros negros son los objetos más masivos y compactos del Universo. Su atracción gravitatoria es tal que nada, ni siquiera la luz, escapa de ellos. ¿Qué ocurre cuando dos de estos monstruos colisionan? https://astropix.ipac.caltech.edu/archive/chandra/436/chandra_436_1024.jpg (Credit: @NASA @ChandraCDO @MIT @STScI)
Cuando dos agujeros negros forman una pareja, se atraen mutuamente debido a su gravedad. La órbita de la pareja se reduce con el tiempo mientras los agujeros negros expulsan gas y materia al espacio. Video: @LIGO @ego_virgo
Cuando estos dos agujeros negros se acercan y acaban fusionándose, se forma un agujero negro más masivo y se libera una enorme cantidad de energía que genera ondas gravitacionales. Vídeo: Instituto Max Planck de Física Gravitacional.al ondas
Estas ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo que viajan por el Universo y que detectamos gracias a los avanzados detectores LIGO/VIRGO/KAGRA. Video: @LIGO
Pregunta: ¿Qué sabemos de los agujeros negros supermasivos?
Respuesta:
Las #galaxias masivas y una fracción de galaxias de menor masa en el Universo Local albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Tienen masas entre millones y 10 mil millones de veces la masa de nuestro #Sol https://www.eso.org/public/images/eso0903a/ (Credit: @ESO).
Probablemente proceden de estrellas masivas de 100 masas solares o más que se formaron cuando el Universo estaba en su estado infantil, unos 300 millones de años después del big bang. Éstas crecieron a través de una intensa acreción probablemente asociada a un fuerte oscurecimiento como muestran las simulaciones https://astronomy.com/magazine/news/2021/03/how-to-grow-a-giant-black-hole (Credit: @ESO).
Cuando la materia de las galaxias empieza a caer en el agujero negro supermasivo, se libera una enorme cantidad de energía. Estas galaxias, por tanto, se denominan galaxias activas y estos fenómenos son también conocidos como Núcleos Galácticos Activos. Las galaxias activas requieren que el gas y el polvo estén en el proceso de caer en el agujero negro y que brillen en el camino https://www.eso.org/public/images/eso0903a/ (Credit: @ESO) .
En muchos casos, la potencia de un solo Núcleo Galáctico Activo de tamaño similar a nuestro Sistema Solar es muy superior a la emitida por toda la población estelar de su galaxia anfitriona y su luminosidad puede eclipsar la luz emitida por la galaxia http://www.southampton.ac.uk/~pg3e14/nakshatra/nakshatra.html (Credit: @HubbleTelescope).
Pregunta: ¿Hay un agujero negro en el centro de la Vía Láctea?
Respuesta:
El agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea coincide con la fuente de radio Sagitario A* (Sgr A*) en la constelación de Sagitario (el Arquero). El agujero negro tiene una masa equivalente a unos 4,3 millones de soles y tiene un diámetro de 23,6 millones de kilómetros (menos de la mitad de la distancia de la Tierra a Marte) https://www.nasa.gov/sites/default/files/sgr_lg.jpg (Credit: @chandraxray).
La masa del agujero negro de Sgr A* se ha calculado a partir de las estrellas que están muy cerca de él y que se han observado durante muchos años. Sus órbitas dependen de la masa y la distancia del objeto que orbitan. Siguiendo los movimientos de estas estrellas se puede averiguar la masa del agujero negro https://cdn.eso.org/images/publicationjpg/eso1825d.jpg (Credit: @ESO).
Sgr A* es supermasivo, aunque la Vía Láctea no se considera una galaxia activa. Esto último requiere que el gas y el polvo estén cayendo en el agujero negro y brillen con fuerza. Como no hay material que caiga en SgrA*, el agujero negro permanece inactivo https://www.eso.org/public/images/eso0846a/ (Credit: @ESO).