Escrutan un agujero negro supermasivo

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Gracias a naturales lentes gravitacionales, los astrónomos han escrutado las regiones internas de un disco alrededor de un agujero negro, a 10 mil millones de años luz de distancia.

El equipo de astrónomos de Europa y EE.UU estudiaron la denominada "Cruz de Einstein". Esta configuración con forma de cruz consiste en cuatro imágenes de una fuente muy distante. Las múltiples imágenes son el resultado del efecto de lente gravitacional producido por una galaxia de primer plano. La fuente de luz es un cuásar (QSO 2237+0305) a 10 mil millones de años luz de distancia, mientras la galaxia de primer plano está 10 veces más cerca. La luz del cuásar es combada y magnificada por el campo gravitacional de la galaxia que actúa como lente.

Este efecto es conocido como lente gravitacional o "lensing", en inglés. Cuando el efecto es producido por un gran objeto (como una galaxia) se lo denomina "macrolensing". Consiste en la observación de la luz de un objeto muy distante gracias a que otro gran objeto entre la Tierra y el observado actúa como una lente. Las grandes galaxias y cúmulos galácticos poseen grandes campos gravitacionales que hacen que la luz de un objeto más distante se curve y magnifique, permitiendo a los astrónomos estudiar objetos que, de otra forma, no podría observar. Si además le agregamos la utilización de un gran observatorio, como el VLT, el resultado es apetecible.

"La combinación de este magnificación natural con el uso de un gran telescopio nos provee de los detalles más nítidos jamás obtenidos", indicó Frédéric Courbin, líder del programa que estudia la Cruz de Einstein (también llamada "lentes de Huchra" en honor al astrónomo John Peter Huchra) en ESO.

Como si fuera poco, las estrellas en la galaxia-lente actúan como lentes secundarias para producir un magnificación adicional, llamada "microlensing". Como las estrellas se están moviendo en la galaxia-lente, la magnificación también cambia con el tiempo. Desde la Tierra, el brillo de las imágenes del cuásar varían en un determinado valor. El tamaño del área magnificada por el movimiento de las estrellas es de algunos días luz, comparable al tamaño del disco de acreción del cuásar.

El microlensing afecta varias regiones de emisión del disco en formas diferentes, con pequeñas regiones siendo más magnificadas. Como las diferentes regiones tienen distintas temperaturas, el efecto neto del microlensing es una variación de color en las imágenes, además de las variaciones de brillo. Al observar estas variaciones con detalle por varios días, los astrónomos pueden medir cómo la materia y la energía están distribuídas alrededor del agujero negro supermasivo que se esconde en el cuásar. Los astrónomos observaron la Cruz de Einstein tres veces por mes durante un período de tres años usando el VLT, monitoreando todos los cambios de color y brillo de las cuatro imágenes.

"Gracias a este conjunto de datos único, pudimos mostrar que la radiación más energética es emitida en el día luz central desde el agujero negro supermasivo y, más importante, que la energía decrece con la distancia al agujero negro casi exactamente en la forma que la teoría predice", explica Alexander Eigenbrod, quien completó el análisis de los datos.

El uso de las lentes gravitacionales, junto con los ojos gigantes de VLT, permitieron a los astrónomos investigar regiones en escalas tan pequeñas como una millonésima de arcosegundo. Esto corresponde al tamaño de una moneda a una distancia de cinco millones de kilómetros o 13 veces la distancia a la Luna!!
"Esto es 1000 veces mejor de lo que podemos lograr usando técnicas normales con cualquier telescopio", añade Courbin.

Medir la forma en que la temperatura es distribuída alrededor del agujero negro central es un logro único. Varias teorías existen sobre la formación de los cuásares, cada una con distintas predicciones. Hasta ahora, ninguna observación directa permitió a los científicos validar o invalidar las teorías existentes, particularmente para las regiones centrales de un cuásar. "Esta es la primera medición directa y precisa del tamaño de un disco de acreción de un cuásar, independiente de cualquier modelo", concluyó Georges Meylan, miembro del equipo.

Fuentes y links relacionados

Astronomers Dissect a Supermassive Black Hole with Natural Magnifying Glasses
Nota de prensa de ESO con más imágenes y videos

Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 = the Einstein Cross
A&A 480, 647-661 (2008)
DOI: 10.1051/0004-6361:20078703
y
A&A 490, 933-943 (2008)
DOI:10.1051/0004-6361:200810729
A. Eigenbrod - F. Courbin - G. Meylan - E. Agol - T. Anguita - R. W. Schmidt - J. Wambsganss