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17/5/07 - DJ:

Nueva técnica para "pesar" agujeros negros

Nikolai Shaposhnikov y Lev Titarchuk del Centro Espacial Goddard de la NASA han usado una nueva técnica para determinar la masa del agujero negro Cygnus X-1, localizado en la constelación Cygnus (el cisne) aproximadamente a 10 mil años luz de distancia, en nuestra galaxia.

Vía ESA

La elegante técnicda, sugerida por primera vez por Titarchuk en 1998, muestra que Cygnus X-1, parte de un sistema binario, contiene 8.7 masas solares, con un margen de error de sólo 0.8 masas solares. Cygnus X-1 fue uno de los primeros objetos en ser tildados de Agujeros negros.
El sistema está compuesto por una estrella azul supergigante y un compañero masivo pero invisible.

Técnicas alternativas han sugerido previamente que el objeto invisible era un agujero negro de unas 10 masas solares. "Este acuerdo nos da un montón de confianza de que nuestro método funciona", comentó Shaposhnikov. Y continuó "Puede determinar la masa de un agujero negro cuando técnicas alternativas fallen".

Trabajando en forma independiente, Tod Strohmayer y Richard Mushotzky, también de Goddard, y cuatro colegas, usaron la técnica de Titarchuk en el XMM-Newton de la ESA y tropezaron con un Agujero Negro de Masa Intermedia (IMBH por sus siglas en inglés), cuya existencia es teóricamente controvertida.

Ellos estimaron que una ultraluminosa fuente de rayos-X, NGC 5408, alberga un agujero negro con una masa de unos 2000 soles. Según Strohmayer, "esta es una de las mejores indicaciones a la fecha para un IMBH".

La existencia de los IMBH es controvertida porque no es muy aceptado el mecanismo por el cual se formarían. Pero completarían el vacío entre agujeros como Cygnus X-1, que se forman de masivas estrellas colapsantes y contienen entre 5 y 20 masas solares, y los "monstuos" de hasta miles de millones de masas solares, que se ocultan en los núcleos de las grandes galaxias.

El método de Titarchuk utiliza la relación entre el agujero y su disco de acreción circundante. El gas que orbita en estos discos eventualmente espiran hacia el agujero. Cuando la tasa de acreción llega a un nivel alto, se "apila" cerca del agujero en una caliente región que Titarchuk compara con el atascamiento de tránsito.

El científico ha mostrado que la distancia desde el agujero donde ocurre esta congestión es proporcional con la masa del objeto.
Cuanto más masivo sea el agujero negro, más lejos ocurrirá la congestión y más largo será el período orbital.

En su modelo, el gas en la zona de congestión se relaciona con observaciones de rayos-X de variaciones en intensidad que se repiten en un período. Estas oscilaciones cuasi-periódicas o, en inglés, Quasi-Periodic Oscillations (QPOs), son observadas en muchos sistemas de agujeros negros. Estos QPOs están acompañados de simples, predecibles cambios en el espectro del sistema al calentarse y enfriarse el gas en respuesta a los cambios en la tasa de acreción.

Precisas observaciones con el satélite Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) de la NASA mostraron una cercana relación entre la frecuencia de las oscilaciones y el espectro, lo que permite a los astrónomos cuán eficientemente el agujero negro está produciendo rayos-X.

Usando el RXTE, Shaposhnikov y Titarchuk han aplicado este método a tres agujeros negros en la Vía Láctea y mostraron que las masas derivadas de las oscilaciones están en acuerdo con las mediciones de masa realizadas con otras técnicas.

Usando el XMM-Newton, Strohmayer, Mushotzky, y sus cuatro colegas detectaron dos QPOs en NGC 5408 X-1.

NGC 5408 X-1 es la fuente más brillante en rayos-X en la pequeña e irregular galaxia NGC 5408, a 16 millones de años luz de la Tierra en la constelación Centaurus. Las frecuencias de los QPOs así como la luminosidad y las características del espectro, implican que esta fuente es producto de un IMBH.

"Tenemos otras dos maneras de estimar la masa de un agujero negro, y los tres métodos están de acuerdo en un factor de dos. No tenemos pruebas de que es un IMBH, pero la preponderancia de la evidencia sugiere que sí lo es", comentó Mushotzky.

Los descubrimientos aparecerán en dos papers a publicarse en Astrophysical journals:

“Quasi-Periodic Variability in NGC 5408 X-1” , is by T.Strohmayer, R.Mushotzky, L. Winter, R. Soria, P. Uttley, M. Cropper.

“Determination of Black Hole Mass in Cyg X-1 by Scaling of Spectral Index-QPO Frequency Correlation”, is by N. Shaposhnikov and L.Titarchuk.








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