Agujero Negro Galáctico en M87

por Giancarlo Dom Sep 11, 2011 8:34 pm

Agujero Negro Galáctico en M87

Recientemente se han publicado los resultados de las medidas realizadas en el núcleo galáctico de la galaxia M87. En su interior reside un inmenso agujero negro que engulle miles de estrellas y en este proceso se genera un enorme chorro de energía hacia fuera de la galaxia. Estos chorros energéticos, denominados jets, pueden viajar a velocidades mayores que la luz. Es esto posible?. Referencias: M87, agujero negro, rayos gamma, velocidad superlumínica.

Agujero Negro Galáctico en M87 20110908fig1

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M87 es una galaxia elíptica situada en el centro del Cúmulo de Virgo, una agrupación de miles de galaxias que se mueven juntas por el espacio, como un inmenso rio cósmico, a una distancia de 55 millones de años luz. El diámetro de M87 es un poco mayor que el de nuestra Galaxia pero más gruesa, por eso contiene muchas más estrellas.

M87 es una de las primeras galaxias en observarse la presencia de un inmenso agujero negro en su núcleo a partir de las observaciones realizadas en la década de los 80. Aunque sus observaciones peculiares empiezan en 1917, ya entonces los astrónomos sospechaban que algo curioso ocurría. Herbert Curtis en 1918 descubrió un pequeño chorro de energía saliendo del núcleo. Investigaciones con radiotelescopios en la década de los 50 detectaron grandes emisiones de energía procedentes de la galaxia.

Pues bien, en el centro de la galaxia M87 se encuentra un agujero negro con una masa seis mil millones de veces mayor que nuestro Sol. Cuando los protones y electrones procedentes de las estrellas son atrapados por el inmenso agujero negro, esta sopa de partículas se convierte en plasma (es como un gas de partículas cargadas eléctricamente) y entran aceleradamente en espiral hacia el agujero negro calentándose hasta millones de grados centígrados. El resultado es una gran emisión de radiación electromagnética en la zona de radio, rayos X y rayos gamma. La parte del plasma caliente que no entra en el agujero negro, logra escapar produciendo lo que se denominan chorros o jets de miles de años luz de longitud, como comentaba en el último post sobre agujeros negros.

El telescopio espacial Hubble detecto una cantidad de estrellas en el núcleo galáctico, miles de veces mayor de lo esperado. Detecto también nubes de gas que giran en forma espiral alrededor de la galaxia a grandes velocidades. Los instrumentos ópticos y radiotelescopios detectaron jets que se mueven casi a la velocidad de la luz formando dos grandes zonas cada una de unos 200.000 años luz.

La explicación a estas observaciones concuerda con la presencia de un grandioso agujero negro en el centro galáctico de M87, en principio se creía que su masa era de unos tres mil millones de veces que la del Sol, pero estudios recientes han aumentado esta masa a seis mil millones.

Vemos que el patrón de las observaciones concuerda con la explicación hipotética sobre agujeros negros que hacían en el post anterior. A sido una casualidad que ahora aparezca este estudio sobre las emisiones electromagnéticas de M87. Han sido realizadas utilizando los telescopios MAGIC (Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov) situado en la isla canaria de La Palma, VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) situado en Arizona y H.E.S.S. (High-energy Stereoscopic System) situado en Namibia en una colaboración conjunta que ha permitido obtener datos durante 120 horas del jet de m87, que se reducen a 90 después de depurar estos datos.

El resultado es asombroso, la emisión de rayos gamma es de 1012 eV (electron volts), si tenemos en cuenta que la energía de la luz visible es de aproximadamente 1 eV, esto significa que su energía es un billón de veces superior a la energía de la luz visible. La radiación gamma es la mayor energía de radiación que se conoce.

Estos resultados son compatibles con un agujero negro de masa 6,4 mil millones la solar y un radio de 20.000 millones de kilómetros. Es lo que se denomina el radio de Schwarzschild, que comentaré en el siguiente post.

Otra curiosidad es que el jet se mueve más rápido que la luz en el vacío. Las medidas efectuadas en 2007 indicaban que se movía a 2,3c pero los ajustes actuales lo sitúan a una velocidad de 1,1c. Sorprendente? Pues no, he hecho un poco de trampa. Ocurre que a veces no se dice, creando confusión como seguramente les he creado. La solución es muy simple y se resuelve indicando que esta medida es la velocidad aparente del jet desde la Tierra. Les explico cómo puede ser que observemos movimientos mayores que la luz, la verdad es que no se observan, se miden. Y es el proceso de medición el que introduce la contradicción relativista.

Un objeto distante puede parecer que viaja más rápido que la luz desde nuestro punto de vista, y fue precisamente la observación del jet de M87 por el Hubble la primera vez en detectarse estas supervelocidades aparentes en unas medidas efectuadas entre 1994 y 1998.

Agujero Negro Galáctico en M87 Superluminical

Agujero Negro Galáctico en M87 Superluminical

Velocidad aparente superluminica captada por el Hubble

Veamos cómo puede suceder a partir del siguiente esquema inventado, los valores escogidos sirven para ilustrar el concepto de velocidad aparente superlumínica. El triangulo formado por AA’B tiene por catetos 12 años luz y 5 años luz, de esta manera su hipotenusa, o lo que es lo mismo, la distancia de AB se calcula a partir del teorema de Pitagoras

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Así obtengo valores enteros y no les complico más la explicación.

La situación sucede cuando el jet en su movimiento se acerca a la Tierra y lo hace a velocidades cercanas a la luz. Es como si el propio jet persiguiese a la luz que emite. El esquema es el siguiente

Agujero Negro Galáctico en M87 Veljet

Esquema relativista del movimiento de un jet superlumínico

Supongamos que en A, situado a 1000 años luz de la Tierra, se produce el destello de un Jet que se mueve a una velocidad de 13/14 c (0,93c) hacia el punto B. Veamos como se observa el movimiento desde el punto de vista de la Tierra y desde el Jet.

En el esquema anterior observamos que en A se produce la emisión energética del jet, desde la Tierra se sigue observando durante dos años hasta la posición B. Puesto que desde la perspectiva de la Tierra el jet parece moverse de A’ a B y la distancia son 5 años luz, es fácil calcular la velocidad. Ha tardado 2 años en recorrer 5 años luz, por tanto la velocidad aparente del jet es

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Vemos que según la Tierra el jet se ha movido a más del doble de la velocidad de la luz. Ahora sabemos que tan solo es una ilusión, pues no hemos tenido en cuenta la triangulación real del movimiento.

Veamos que pasa desde el punto de vista del jet. La luz del destello del jet en A llega a la Tierra al cabo de 1000 años de producirse. El jet se mueve a la velocidad de 13/14 c hacia el punto B que dista de A 13 años luz. Cuanto tiempo tarda en recorrer esta distancia?

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Es decir, el jet tarda 14 años en recorrer la distancia de A a B. La luz procedente de B tarda 988 años en llegar a la Tierra, 14 + 988 = 1002 años después del destello en A. Desde el punto de vista de la Tierra han transcurrido solamente 2 años.

Aun en estas situaciones al límite de la física, la teoría de la relatividad sigue cumpliéndose, nada con masa puede superar la velocidad de la luz en el vacío.

Fuente ObservaCosmo