Se prueba que existe un vórtice gravitacional en los agujeros negros

   MADRID, 13 Jul. (EUROPA PRESS) -

   El observatorio orbital de rayos X de la Agencia Espacial Europea, XMM-Newton, ha demostrado la existencia de un "vórtice gravitacional" alrededor de un agujero negro.

   El descubrimiento, con la ayuda de la misión Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) de la NASA, resuelve un misterio que ha ocupado a los astrónomos durante más de 30 años, y les permitirá analizar el comportamiento de la materia muy cerca de los agujeros negros. Podría abrir la puerta a futuras investigaciones de la relatividad general de Albert Einstein.

   La materia que cae en un agujero negro se calienta a medida que se sumerge hacia su interior. Antes de su paso por el agujero negro y perderse de vista para siempre, puede alcanzar millones de grados. A esa temperatura, emite rayos X en el espacio.

   En la década de 1980, los astrónomos que usaron los primeros telescopios de rayos X los detectaron procedentes de agujeros negros de masa estelar en el parpadeo de nuestra galaxia y que sus cambios seguían un patrón establecido. Cuando comienza el parpadeo, el oscurecimiento y brillo puede tomar 10 segundos en completarse. A medida que pasan los días, semanas y meses, se acorta el período hasta que la oscilación se produce hasta 10 veces por segundo. Entonces, el parpadeo se detiene totalmente de repente.

   El fenómeno se denominó la Oscilación Cuasi Periódica (QPO en inglés). "Fue reconocida como algo fascinante porque viene de algo muy cercano a un agujero negro", dijo Adam Ingram, de la Universidad de Amsterdam, los Países Bajos, que comenzó a trabajar para entender los QPO en 2009.

   Durante la década de 1990, los astrónomos habían comenzado a sospechar que los QPOS se asociaban con un efecto gravitacional predicho por la relatividad general de Einstein: que un objeto que gira creará una especie de vórtice gravitacional.

   "Es un poco como mover una cuchara en la miel. Imagínese que la miel es el espacio y nada incrustado en la miel será 'arrastrado' alrededor por la cuchara en giro", explicó Ingram. "En realidad, esto significa que nada en órbita de un objeto en giro verá afectado su movimiento". En el caso de una órbita inclinada, se producirá una "precesión". Esto significa que la órbita entera cambiará de dirección alrededor del objeto central. El tiempo para que la órbita retorne a las condiciones iniciales es conocido como ciclo de precesión.

   Alrededor de un agujero negro, el ciclo de precesión tomaría sólo una cuestión de segundos o menos en completarse. Esto está tan cerca de los períodos de la QPO que los astrónomos comenzaron a sospechar un enlace, informa la NASA.

   Ingram comenzó a trabajar en el problema de analizar lo que ocurre en el disco plano de la materia que rodea a un agujero negro. Conocido como disco de acreción, es el lugar donde el material que gira en espiral se dirige gradualmente hacia el interior del agujero negro. Los científicos ya habían sugerido que, cerca del agujero negro, el disco de acreción plano emitía bocanadas en un plasma caliente, en el que los electrones eran arrancados de sus átomos de acogida.

   Denominado flujo interno caliente, se reduce en tamaño durante semanas y meses, a medida que es comido por el agujero negro. Junto con sus colegas, Ingram publicó un artículo en 2009 que sugiere que la QPO es impulsada por la precesión de este flujo caliente. Esto es porque el flujo interno se hace más pequeño cuanto más cerca está del agujero negro y así la precesión se acelera hasta cerrar el ciclo.

   La cuestión era cómo demostrarlo. "Nosotros, hemos pasado mucho tiempo tratando de tratar de encontrar evidencia irrefutable para este comportamiento", dijo Ingram.

   La respuesta es que el flujo interno está liberando radiación de alta energía que incide en la materia circundante en el disco de acreción, haciendo que los átomos de hierro del disco brillen como un tubo de luz fluorescente. El hierro libera rayos X de una sola longitud de onda, definida como "una línea espectral."

   Debido a que el disco de acreción está girando, la línea de hierro tiene su longitud de onda distorsionada por el efecto Doppler. La línea de emisión desde el lado de aproximación del disco es aplastada -desplazada al azul - y la línea de emisión del material del disco en retroceso se estira - desplazada al rojo. Si el flujo interior realmente está en precesión, brillará a veces en el material de disco que se aproxima y a veces sobre el material en retroceso, provocando la oscilación de la línea de ida y vuelta en el transcurso de un ciclo de precesión.

   La visión de esta oscilación es donde entra el XMM-Newton. Ingram y sus colegas de Amsterdam, Cambridge, Southampton y Tokio solicitaron una observación de larga duración que le permitiera ver el QPO repetidamente. Eligieron el agujero negro H 1743-322, que estaba exhibiendo un QPO de 4 segundos en ese momento. Lo vieron 260.000 segundos con XMM-Newton, y 70.000 segundos con el observatorio de rayos X NuSTAR de la NASA.

   Después de un proceso de análisis riguroso de los datos de observación, vieron que la línea de hierro se tambalea en acuerdo con las predicciones de la relatividad general. "Estamos midiendo directamente el movimiento de la materia en un fuerte campo gravitatorio cerca de un agujero negro", dice Ingram.

   Esta es la primera vez que esta precisión, conocida como el efecto de Lense-Thirring, ha sido medida en un fuerte campo gravitatorio. La tecnología permitirá a los astrónomos mapear la materia en las regiones interiores de los discos de acreción alrededor de agujeros negros. Se insinúa así una nueva herramienta de gran alcance para probar la relatividad general.