Millones de agujeros negros se esconden en nuestra galaxia. Así es como los astrónomos planean encontrarlos.

agosto 4, 2019

Es hora de encontrar todos los agujeros negros que faltan.

Ese es el argumento presentado por un par de astrofísicos japoneses, quienes escribieron un artículo proponiendo una nueva búsqueda de millones de "agujeros negros aislados" (IBH) que probablemente pueblan nuestra galaxia. Estos agujeros negros, perdidos en la oscuridad, beben materia del medio interestelar: el polvo y otras cosas que flotan entre las estrellas. Pero ese proceso es ineficiente, y gran parte del asunto es expulsado al espacio a altas velocidades. A medida que ese flujo de salida interactúa con el entorno circundante, escribieron los investigadores, debería producir ondas de radio que los radiotelescopios humanos puedan detectar. Y si los astrónomos pueden filtrar esas ondas de todo el ruido que hay en el resto de la galaxia, podrían detectar estos agujeros negros invisibles.

"Una manera ingenua de observar los IBH es a través de su emisión de rayos X", escribieron los investigadores en su artículo, que aún no ha sido revisado por pares formalmente y que pusieron a disposición el 1 de julio como preimpresión en arXiv.

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¿Porqué es eso? A medida que los agujeros negros absorben la materia del espacio, esa materia en sus márgenes se acelera y forma lo que se conoce como un disco de acreción. La materia en ese disco se frota contra sí misma mientras gira hacia el horizonte de eventos– un agujero negro punto sin retorno – escupiendo rayos X en el proceso. Pero los agujeros negros aislados, que son pequeños en comparación con los agujeros negros supermasivos, no emiten una gran cantidad de rayos X de esta manera. Simplemente no hay suficiente materia o energía en sus discos de acreción para crear grandes firmas de rayos X. Y las búsquedas anteriores de IBH que usan rayos X no han logrado resultados concluyentes.

"Estos flujos de salida pueden hacer que los IBH sean detectables en otras longitudes de onda", escribieron los investigadores, Daichi Tsuna de la Universidad de Tokio y Norita Kawanaka de la Universidad de Kioto. "Los flujos de salida pueden interactuar con la materia circundante y crear fuertes choques sin colisión en la interfaz. Estos choques pueden amplificar los campos magnéticos y acelerar los electrones, y estos electrones emiten radiación sincrotrón en la longitud de onda de radio".

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En otras palabras, el flujo de salida que se desliza a través del medio interestelar debería hacer que los electrones se muevan a velocidades que producen ondas de radio.

"Documento interesante", dijo Simon Portegies Zwart, astrofísico de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, que no participó en la investigación de Tsuna y Kawanaka. Portegies Zwart también ha estudiado la cuestión de los IBH, también conocidos como agujeros negros de masa intermedia (IMBH).

"Sería una excelente manera de encontrar IMBH", dijo Portegies Zwart a Live Science. "Creo que con LOFAR [the Low-Frequency Array in the Netherlands], dicha investigación ya debería ser posible, pero la sensibilidad puede plantear un problema ".

Los IBH, explicó Portegies Zwart, son considerados como un "eslabón perdido" entre los dos tipos de agujeros negros que los astrónomos pueden detectar: ​​agujeros negros de masa estelar que pueden ser de dos a posiblemente 100 veces el tamaño de nuestro sol, y agujeros negros supermasivos, Las gigantescas bestias que viven en los núcleos de las galaxias y son cientos de miles de veces el tamaño de nuestro sol.

Los agujeros negros de masa estelar son ocasionalmente detectables en sistemas binarios con estrellas regulares, porque los sistemas binarios pueden producir ondas gravitacionales y las estrellas compañeras pueden proporcionar combustible para grandes explosiones de rayos X. Y agujeros negros supermasivos tienen discos de acreción que emiten tanta energía que los astrónomos pueden detectar y incluso fotografía ellos.

Pero los IBH, en el rango medio entre esos otros dos tipos, son mucho más difíciles de detectar. Hay un puñado de objetos en el espacio que los astrónomos sospechan que podrían ser IBH, pero esos resultados son inciertos. Pero investigaciones anteriores, incluido un artículo de 2017 en el revista mensual Avisos de la Royal Astronomical Society, que Portegies Zwart es coautor, sugiere millones de ellos podrían estar escondidos por ahí.

Tsuna y Kawanaka escribieron que el mejor prospecto para una encuesta de radio de IBH probablemente involucra el uso de la matriz de kilómetros cuadrados (SKA), un radiotelescopio de varias partes que se construirá con secciones en Sudáfrica y Australia. Está programado para tener un área total de recolección de ondas de radio de 1 kilómetro cuadrado (0.39 millas cuadradas). Los investigadores estiman que al menos 30 IBH emiten ondas de radio que el SKA podrá detectar durante su primera fase de prueba de concepto, que está programada para 2020. En el futuro, escribieron, el SKA completo (programado para el mediados de 2020) debería poder detectar hasta 700.

Escribieron que SKA no solo debería poder detectar ondas de radio de estos IBH, sino que también debería poder estimar con precisión la distancia a muchos de ellos. Cuando llegue ese momento, finalmente, todos estos agujeros negros que faltan deberían comenzar a salir de su escondite.

Publicado originalmente en Ciencia viva.

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