El descubrimiento de un extraño agujero negro confirma la teoría de la relatividad general de Einstein

Los investigadores observaron resplandores brillantes de emisiones de rayos X, que se producen cuando el gas cae en un agujero negro supermasivo. Las llamaradas de gas hicieron eco en el agujero negro y, a medida que las llamaradas se alejaban, se vieron breves destellos de rayos X, que corresponden al reflejo de las llamaradas del lado lejano del disco, curvándose alrededor del agujero negro en la cantidad de su fuerte campo gravitacional. Crédito: Dan Wilkins

La primera detección de luz detrás de un agujero negro.

Observando rayos X fluyendo hacia el universo por supermass Calabozo En el centro de una galaxia a 800 millones de años luz de distancia, el astrofísico de la Universidad de Stanford, Dan Wilkins, notó un patrón interesante. Notó una serie de destellos de rayos X brillantes, emocionantes, pero no sin precedentes, y luego, los telescopios registraron algo inesperado: destellos de rayos X adicionales que fueron más pequeños, posteriores y con “colores” diferentes a los destellos brillantes.

Según la teoría, estos ecos luminosos eran consistentes con los rayos X reflejados desde detrás del agujero negro, pero incluso una comprensión básica de los agujeros negros nos dice que este es un lugar extraño de donde proviene la luz.

“Cualquier luz que entra en este agujero negro no sale, por lo que no deberíamos poder ver nada detrás del agujero negro”, dijo Wilkins, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología en el Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología. Laboratorio Acelerador Nacional de Stanford y SLAC. Sin embargo, otra extraña propiedad del agujero negro hace posible esta observación. Wilkins explicó: “La razón por la que podemos verlo es porque un agujero negro distorsiona el espacio, dobla la luz y envuelve campos magnéticos a su alrededor.

Ecos de luz detrás de un agujero negro

Ilustración de cómo se refleja la luz desde detrás de un agujero negro. Crédito: ESA

El extraño descubrimiento detallado en un artículo de investigación publicado hoy (28 de julio de 2021) en naturaleza, Es la primera observación directa de luz detrás de un agujero negro, un escenario predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein, pero aún no confirmado.

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“Hace cincuenta años, cuando los astrofísicos comenzaron a especular sobre cómo se comportaría un campo magnético cerca de un agujero negro, no tenían idea de que algún día podríamos tener las técnicas para observarlo directamente y ver la teoría general de la relatividad de Einstein en acción”, dijo. . Roger Blandford, coautor de la investigación, es profesor Luke Blossom en la Facultad de Humanidades y Ciencias, y profesor de física y física en la Universidad de Stanford y SLAC.

¿Cómo ves un agujero negro?

La motivación original detrás de esta investigación fue aprender más sobre una característica misteriosa de algunos agujeros negros, llamada corona. El material que cae en un agujero negro supermasivo suministra las fuentes de luz continua más brillantes del universo y, al hacerlo, forma un halo alrededor del agujero negro. Esta luz, la luz de rayos X, se puede analizar para mapear y caracterizar el agujero negro.

Ecos de luz detrás de un agujero negro

Animación que muestra cómo se hace eco de la luz detrás de un agujero negro. Crédito: ESA

La teoría principal de lo que es una corona comienza con el gas que se desliza hacia un agujero negro, donde su temperatura se eleva a millones de grados. A esa temperatura, los electrones se separan de los átomos, formando magnetización. plasma. Atrapado en la poderosa rotación del agujero negro, el campo magnético se arquea tan alto por encima del agujero negro y gira tanto que eventualmente se rompe por completo, una situación que recuerda tanto a lo que sucede alrededor de nuestro sol que tomó prestado el nombre de “corona”.

“Este campo magnético que se restringe y luego captura cerca del agujero negro calienta todo lo que lo rodea y produce estos electrones de alta energía que luego producen rayos X”, dijo Wilkins.

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Cuando Wilkins miró más de cerca para investigar el origen de las bengalas, vio una serie de destellos más pequeños. Los investigadores determinaron que estos son los mismos que los destellos de rayos X, pero se reflejan en espalda Desde el disco: un primer vistazo al lado más alejado del agujero negro.

“He estado construyendo predicciones teóricas de cómo nos pueden sonar estos ecos durante algunos años”, dijo Wilkins. “Ya los había visto en la teoría que estaba desarrollando, así que tan pronto como los vi en las observaciones del telescopio, pude averiguar la conexión”.

notas futuras

La tarea de caracterizar y comprender el huron continúa y requerirá una mayor observación. Parte de este futuro será el Observatorio de rayos X de la Agencia Espacial Europea, Athena (Telescopio Astrofísico Avanzado de Alta Energía). Como miembro del laboratorio de Steve Allen, profesor de física en la Universidad de Stanford y de física de partículas y astrofísica en SLAC, Wilkins está ayudando a desarrollar parte del detector Wide Field Imaging para Atenas.

“Tiene un espejo mucho más grande que nunca en un telescopio de rayos X, y nos permitirá obtener imágenes de mayor resolución en tiempos de observación mucho más cortos”, dijo Wilkins. “Así que la imagen que estamos empezando a obtener de los datos en este momento será mucho más clara con estos nuevos observatorios”.

Referencia: 28 de julio de 2021, naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03667-0

Los coautores de esta investigación son de la Universidad de Saint Mary (Canadá), el Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos (SRON), la Universidad de Amsterdam y la Universidad Penn State.

Este trabajo fue apoyado por NASA Programas de observadores invitados NuSTAR y XMM-Newton, beca Kavli en la Universidad de Stanford y VM Willaman Endowment en la Universidad Penn State.

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