Un agujero negro extremo que podría rotar el espacio

Un grupo de investigadores ha medido la velocidad de rotación de un agujero negro extremo. Podría rotar el espacio a su alrededor. Es un hallazgo fascinante, que podría permitir comprender aún mejor cómo es el entorno de estos monstruos cósmicos…

Un agujero negro extremo

Un agujero negro extremo que podría rotar el espacio

Este es un concepto artístico de un agujero negro llamado Cygnus X-1. Absorbe la materia de una estrella azul muy cercana (a 0,2 UA de distancia).
Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

En 2016, el primer satélite astronómico de India, AstroSat, detectó un agujero negro extremo. Forma parte del sistema binario 4U 1630-47. Allí se ha detectado una emisión de rayos X poco común que, posteriormente, fue confirmada por el observatorio Chandra de rayos X de la NASA. ¿Qué lo provocó? Polvo y gas precipitándose en el agujero negro. Se calcula que tiene, aproximadamente, 10 veces la masa del Sol. El hallazgo permitió confirmar que el agujero negro está rotando muy rápidamente.

Es un objeto extremo. Es un agujero negro que podría rotar el espacio a su alrededor. Porque su rotación está muy cerca del límite definido por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Dicho de otra manera, está girando a una velocidad muy cercana a la de la luz. Hay dos formas de medir los agujeros negros. O bien por su masa o bien por su velocidad de rotación. La rotación puede medirse con cualquier valor entre 0 y 1.

Este agujero negro en particular rota a una velocidad de 0,92. No es un detalle menor. La teoría de Einstein implica que, si rota tan rápido, debería ser capaz de hacer que el propio espacio a su alrededor gire. Esto tiene una lectura no menos importante. Hay dudas sobre cuáles son las condiciones concretas alrededor de un agujero negro. Pero, si son correctas, esta elevada rotación, junto la caída de elementos y temperaturas altas, podrían ser clave.

El hallazgo del agujero negro extremo en 4U 1630-47

Ilustración artística de un agujero negro, con un disco de acreción, observado en rayos X.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Porque su estudio podría ayudar a entender cómo se forman las galaxias. Pero, por ahora, la información es muy limitada. Solo se ha medido la rotación de cinco agujeros negros. Y, en toda la Vía Láctea, apenas se han detectado la presencia de 20. Es decir, quedan muchísimos por descubrir y estudiar. Pero, volviendo a lo que nos ocupa, el agujero negro de 4U 1630-47 es un agujero negro de masa estelar.

Es decir, se formó por el colapso de una estrella masiva al final de su vida. No tiene nada de especial en ese sentido. La hazaña es haber medido su rotación. Para ello, los investigadores se han fijado en el comportamiento de la materia que está absorbiendo. Los agujeros negros en sistemas binarios suelen emitir rayos X. 4U1630-47 parece emitirlos con una frecuencia de entre 600 y 690 días. No es el propio agujero negro en sí, sino el disco de acreción a su alrededor.

Es decir, el disco que se ha formado a partir de la materia que el agujero negro le está robando a su estrella compañera. Ese disco de acreción gira y se calienta y, en el proceso, libera radiación que se puede detectar en forma de rayos X. Su estudio permite comprender mejor el agujero negro, porque su disco de acreción rota a su alrededor en función de su velocidad de giro. El satélite AstroSat tiene dos detectores de rayos X.

¿Cuál es la utilidad de este descubrimiento?

Esta simulación por ordenador muestra un agujero negro supermasivo en el núcleo de una galaxia.
Crédito: NASA, ESA, y D. Coe, J. Anderson, y R. van der Marel (STScI)

Uno de los instrumentos se dedica a analizar la parte más energética del espectro de rayos X. El otro, la parte menos energética. En este mismo espectro está también el instrumento HETGS del observatorio Chandra de la Nasa. Entre los tres instrumentos, es posible cubrir un amplio espectro de la energía emitida por 4U 1630-47. Así, se puede precisar cuál es la velocidad de rotación. Además, no es una medición nueva.

El telescopio NuSTAR, también de la NASA, había realizado una medición ya en el pasado. Determinó que su velocidad de rotación era 0,98, pero había un margen de error mucho más grande que en la actualidad. No es el único agujero negro conocido con una velocidad de rotación alta. Pero es uno más que sumar a una lista muy pequeña, permitiendo tener muchos más casos de estudio para comprender cómo son las condiciones allá donde la gravedad es extrema.

A fin de cuentas, hablamos de un lugar en el que la materia se comporta de una manera diferente por la presencia de esa gravedad. Por ello, el descubrimiento de agujeros negros con velocidades de rotación cercanas al máximo teórico son interesantes. ¿Qué pasaría si un agujero negro tuviese un giro superior a 1? Lo cierto es que es imposible. Querría decir que el horizonte de eventos desaparecería y podríamos observar la singularidad en su centro.

Una búsqueda constante

Concepto artístico del agujero negro supermasivo más distante observado hasta la fecha.
Crédito: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science

Las leyes de la física dejarían de funcionar en ese escenario (y seguramente por eso no se ha descubierto ninguna). Los agujeros negros, y sus entornos, son ideales para probar la teoría de la relatividad de Einstein y para comprender cuál es su impacto. Cuando un agujero negro rota, arrastra consigo el espacio a su alrededor. Crea un vórtice a su alrededor que obliga a todos los objetos, fotones incluidos, a seguir esa rotación.

¿Qué tiene que ver todo esto en la formación de galaxias? 4U 1630-47 no es un agujero negro supermasivo, como el que creemos que hay en el centro de todas las galaxias grandes. Sin embargo, podría ayudar a estudiar cómo se formaron. La rotación de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia no ha sido calculado. Pero se ha sugerido que podría determinarse a partir de la  velocidad a la que se mueven las estrellas.

Sin embargo, es difícil saberlo con exactitud. Algunos investigadores creen que Sagitario A* rota muy rápido. Otros que no, que lo hace más lentamente. La única forma de saber quién tiene razón es con estudios y observaciones. Hallazgos como el de este agujero negro extremo podrían ayudar a profundizar en ello. El hecho de que pueda rotar el espacio-tiempo a su alrededor, aunque llamativo, no es un comportamiento exclusivo de 4U 1630-47.

Un estudio interesante pero no revolucionario

Esta es una imagen de la región de Sagitario A*, el agujero negro supermaviso en el centro de la Vía Láctea, capturada por el observatorio de Rayos X Chandra.
Crédito: NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et al.

A pesar de que algunos medios lo han presentado como un descubrimiento alucinante, no es para tanto. Es decir, ya se sabía que algunos agujeros negros pueden rotar el espacio-tiempo a su alrededor. El fenómeno no es, por tanto, nuevo. El comportamiento de un agujero negro extremo se podía deducir a partir de la teoría de la relatividad de Einstein. Lo interesante es poder determinar la velocidad de rotación de 4U 1630-47. Es algo que se ha hecho muy pocas veces.

Es un agujero negro extremo más que se puede sumar a la lista. Pero es una lista muy pequeña, en la que hay que añadir (es decir, descubrir) muchos más. De momento queda mucho camino por recorrer. Todavía hay muchas incógnitas que despejar para entender, por ejemplo, el proceso de formación de las galaxias. Del mismo modo, se seguirá estudiando Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia.

En resumidas cuentas, podríamos decir que todo sigue igual. La medición de 4U 1630-47 es interesante. Es un agujero negro extremo y su estudio permitirá a los astrónomos analizar su entorno. Así podrán comprender mejor qué sucede en torno a los agujeros negros que rotan rápidamente. Algo que, a su vez, podría ser útil en el estudio de Sagitario A*, si es que también rota a una velocidad cercana a la de la luz. Pero queda mucho por recorrer…

El estudio es M. Pahari, S. Bhattacharyya et al.; “AstroSat and Chandra view of the high soft state of 4U 1630-47 (4U 1630-472): evidence of the disk wind and a rapidly spinning black hole”. Ha sido aceptado para su publicación en la revista The Astrophysical Journal y puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Bussiness Insider, NDTV, TheWire (India), Phys.org

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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1 respuesta

  1. Bondergirl dice:

    Leído, tío!!! Muy interesante! Ya había visto esta noticia en otro blog, pero la leí aquí primero.

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