Los cuásares son algunos de los objetos más brillantes del Universo, y los astrónomos creen que son causados por la emisión de radiación del ambiente alrededor de un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente. Los astrónomos usaron la gravedad de una galaxia relativamente cercana como una lente gravitacional para enfocar la luz del cuásar más distante, dando esta vista impresionante.
Por primera vez, utilizando una técnica novedosa, los astrónomos han mirado dentro de un quásar y han medido el llamado disco de acreción alrededor del agujero negro. El estudio confirma aún más lo que los científicos han sospechado durante mucho tiempo: que los agujeros negros supermasivos de los quásares están rodeados por discos de material sobrecalentados que están en espiral en ellos.
Los resultados del proyecto, que involucró a científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad Estatal de Ohio, y las observaciones con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA se informan hoy (5 de octubre de 2006) en la reunión de la Astrofísica de Alta Energía de la Sociedad Astronómica Americana (AAS) División en San Francisco.
El equipo de investigación, dirigido por Christopher Kochanek en Ohio State, incluye a Xinyu Dai y Nicholas Morgan en Ohio State y George Chartas y Gordon Garmire en Penn State. El equipo estudió las estructuras interiores de los dos cuásares, cuya luz se hizo visible solo cuando una galaxia se alineó entre ellos y la Tierra, magnificando su luz como una lente. Los astrónomos compararon este efecto, conocido como "lente gravitacional" o "microlente", con la posibilidad de observar los quásares bajo un microscopio.
"Hay muchos modelos que intentan describir lo que sucede dentro de un cuásar y, antes, ninguno de ellos podía descartarse". Ahora algunos de ellos pueden ", dijo Xinyu Dai, un investigador postdoctoral en Ohio State que recientemente obtuvo su doctorado en Penn State. "Podemos comenzar a hacer modelos más precisos de cuásares y obtener una visión más completa de los agujeros negros".
Garmire, de Penn State, es el investigador principal de la cámara de rayos X en el observatorio Chandra de la NASA, el Espectrómetro avanzado de imágenes CCD (ACIS), que los astrónomos utilizaron para observar la lente gravitacional de los dos cuásares. Esta cámara de rayos X fue concebida y desarrollada para la NASA por Penn State y el Instituto de Tecnología de Massachusetts bajo el liderazgo de Garmire, quien es el profesor de astronomía y astrofísica Evan Pugh en Penn State. Prácticamente todos los descubrimientos importantes de Chandra se han basado en observaciones con la cámara ACIS.
Visto desde la Tierra, los cuásares u objetos cuasi estelares, parecen estrellas. Son extremadamente brillantes, por lo que podemos verlos a pesar de que se encuentran entre los objetos más distantes del universo. Los astrónomos desconcertaron los quásares durante décadas antes de decidir que probablemente contienen agujeros negros supermasivos que se formaron hace miles de millones de años. El material que cae en un agujero negro brilla intensamente y, en el caso de los cuásares, brilla a través de una amplia gama de energías, incluida la luz visible, las ondas de radio y los rayos X.
"Los rayos X de los discos de acreción de los agujeros negros sondean regiones de emisión más cercanas al agujero negro que las de la banda óptica", explica Chartas, investigador asociado senior en Penn State, quien analizó los datos de rayos X obtenidos al monitorear varios de los objetos en este estudio de microlente. “Al comparar las curvas de rayos X de un evento de microlente con las de varias bandas ópticas, inferimos los tamaños relativos de las regiones de emisión. Esta comparación nos permitió restringir la estructura del disco de acreción de un agujero negro a diferentes longitudes de onda ".
Los cuásares están tan lejos que, incluso en los telescopios más avanzados, normalmente se ven como un pequeño punto de luz. Pero Einstein predijo que los objetos masivos en el espacio a veces pueden actuar como lentes, doblando y ampliando la luz de los objetos que están detrás de ellos, como lo ve un observador. El efecto se llama lente gravitacional, y permite a los astrónomos estudiar algunos objetos con detalles inalcanzables. "Afortunadamente para nosotros, a veces las estrellas y las galaxias actúan como telescopios de muy alta resolución", dijo Kochanek. "Ahora no solo estamos mirando un cuásar, estamos sondeando el interior de un quásar y bajando a donde está el agujero negro".
Los científicos pudieron medir el tamaño del llamado disco de acreción alrededor del agujero negro dentro de cada cuásar. En cada uno, el disco rodeaba un área más pequeña que emitía rayos X, como si el material del disco se estuviera calentando al caer en el agujero negro en el centro. Eso es lo que esperaban ver, dadas las nociones actuales sobre los quásares. Pero la vista interna los ayudará a comenzar a refinar esas nociones, dijo Dai.
La clave del proyecto fue el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, que permitió a los astrónomos medir con precisión el brillo de la región emisora de rayos X de cada quásar. Combinaron esas mediciones con las de los telescopios ópticos que pertenecen al Consorcio del Sistema de Telescopio de Investigación de Apertura Pequeña y Moderada y al Experimento de Lente Gravitacional Óptica. Los astrónomos estudiaron la variabilidad tanto de los rayos X como de la luz visible proveniente de los cuásares y compararon esas medidas para calcular el tamaño del disco de acreción en cada uno. Utilizaron un programa de computadora que Kochanek creó especialmente para tales cálculos, y lo ejecutaron en un grupo de computadoras de 48 procesadores. Los cálculos para cada cuásar tardaron aproximadamente una semana en completarse.
Los dos cuásares que estudiaron se llaman RXJ1131-1231 y Q2237 + 0305, y no tienen nada de especial, dijo Kochanek, excepto que ambos tenían lentes gravitacionales. Actualmente, él y su grupo están estudiando 20 cuásares con lentes de este tipo, y eventualmente les gustaría recopilar datos de rayos X sobre todos ellos.
Este proyecto es parte de una colaboración continua entre Ohio State y Penn State. La investigación está financiada por la NASA. El clúster informático fue proporcionado por Cluster Ohio, una iniciativa del Centro de Supercomputadoras de Ohio (OSC), la Junta de Regentes de Ohio y el Grupo de Usuarios Estatales de OSC. El Centro Marshall de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misión Científica de la agencia. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo desde el Centro de Rayos X Chandra en Cambridge, Massachusetts.
Fuente original: Comunicado de prensa de PSU
