¿Cómo se forman los agujeros negros supermasivos y por qué están en el centro de la Vía Láctea?

La Tierra es como un gran ojo azul que mira a través de la luz deslumbrante y el polvo hacia el centro de la Vía Láctea. En este mundo plateado, no es ni un sol gigante, ni una nube en colisión, ni un rayo gamma de aniquilación de materia-antimateria. En el centro de la nebulosa de materia hay una sombra. Los científicos planean capturar este monstruo, que se encuentra a 30.000 años luz de distancia y actualmente es desconocido.

La sombra que vemos es un enorme agujero negro. ¿No es invisible un agujero negro? ¿Cómo puede haber una sombra?

En el reino en el centro de la Vía Láctea, la gravedad es la gobernante suprema. Capta todo, incluso la luz. Dobla el espacio hasta el punto de fracturarlo. Los agujeros negros son quizás la predicción más increíble de los científicos. Aun así, los científicos han pintado una imagen teórica del mismo y han señalado muchos objetos similares a agujeros negros. Pero nadie ha visto nunca un agujero negro.

Se espera que todo esto cambie. Los astrónomos están conectando radiotelescopios de todo el mundo en una red que puede utilizarse como dispositivo de detección de alta resolución. Apuntarán su radioojo gigante al centro de nuestra galaxia, una región conocida como Sagitario A, donde se cree que existe un agujero negro masivo.

Duliman, del Observatorio Haystack del MIT, espera que pronto se observen las sombras de los agujeros negros y se tengan en cuenta los rehenes, lo que permitirá hacer inferencias sobre el espacio-tiempo distorsionado alrededor de los agujeros negros. Esto nos dirá cómo se crean y crecen los agujeros negros.

Estas observaciones también serán una prueba estricta de la teoría general de la relatividad de Einstein, y la existencia de agujeros negros es su predicción.

Entonces, ¿qué nos hace creer que hay un gigante al acecho en el corazón de la plata? Esto se debe a que se ve una fuerte gravedad que atrae el movimiento de las estrellas y las nubes cerca del centro de la plata. Se estima que el gigante central tiene una masa de hasta 4,5 millones de soles, pero es sólo en la parte interior del sistema solar, donde el material puede comprimirse con fuerza, por lo que no es un agujero negro gigante.

La comunidad científica cree que existe un agujero negro supermasivo en el centro de la mayoría de las galaxias grandes. En estas galaxias llamadas activas, grandes cantidades de gas entran en espiral hacia el agujero negro, formando un disco caliente de material conocido como disco de acreción. Su brillo a menudo eclipsa el brillo de los miles de millones de estrellas que lo rodean. Irradiará radiación electromagnética en todo el espectro, desde ondas de radio hasta rayos X.

Este monstruo de nuestra galaxia no es un "alimentador" gigante sino que vive cerca de diminutos gases liberados por estrellas cercanas. El gas que cae en la cueva también se calienta y emite luz, pero es mucho más débil que la luz emitida por las galaxias activas.

Por supuesto, los agujeros negros en sí no irradian, e incluso la luz puede ser absorbida. ¿Cómo podemos verlos? Como se mencionó anteriormente, hay un disco de acreción alrededor del agujero negro y el gas en la acreción. disco Fluyendo rápidamente hacia el agujero negro central. Debido a la alta temperatura, emiten luz, y esta luz también es capturada por el agujero negro, por lo que las capas internas del disco de acreción son invisibles. Todo lo que ve el ojo de radio es una sombra, provocada por el brillante gas caliente que es la capa exterior del disco de acreción.

Ver sombras no es fácil. No tiene límites definidos y también se ve perturbado por la luz y otras radiaciones del gas que se encuentra frente al agujero negro. Según la teoría de la relatividad, un agujero negro con una masa de 4,5 millones de masas solares se extiende a lo largo de 27 millones de kilómetros. De hecho, un agujero negro es un punto muy pequeño. El lapso aquí se refiere a la escala del horizonte de sucesos del agujero negro. El llamado horizonte de sucesos es la zona donde domina absolutamente la gravedad del agujero negro. Una vez que cualquier sustancia (incluida la luz) entra en el horizonte, nunca podrá escapar. La inmensa gravedad del horizonte refracta la luz cerca de él, haciéndola parecer dos veces más grande. Incluso entonces, es sólo una mancha negra en la Tierra, visible durante sólo 50 microsegundos. Es el equivalente a ver un partido de baloncesto en la luna.

Los telescopios comunes no pueden ver puntos negros tan pequeños. Pero Duliman utilizó una nueva técnica de observación astronómica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI), que combina observaciones repartidas por todo el mundo para reconstruir la imagen.

Las observaciones anteriores del VLBI del centro de la galaxia eran tan borrosas que no se podía ver la sombra del agujero negro.

Para empeorar las cosas, el gas que rodea el agujero negro es opaco a muchas longitudes de onda de ondas electromagnéticas, actuando como una pantalla que oscurece la sombra del agujero negro. Afortunadamente, gracias a los avances de la tecnología de observación, este problema ya no es un obstáculo.

Si el radiotelescopio opera en longitud de onda RMM (o menor). Puede penetrar la niebla interestelar y los mantos de gas internos. Además, si un radiotelescopio está equipado con múltiples antenas parabólicas, en teoría, cuanto mayor sea la distancia entre ellas, más clara será la imagen; si están a varios kilómetros de distancia, la resolución del telescopio es suficiente para ver la sombra;

Ya en abril de 2017, el equipo de Dulliman comenzó a estudiar la longitud de onda extremadamente corta (1,3 mm) de VLBI, pero los resultados no fueron satisfactorios. Recolectaron radiación de Sagitario A’, pero no tenían suficiente información para obtener mejores imágenes y realizar un análisis más profundo. Aun así, todas estas primeras observaciones comparten una característica clara: Sagitario A' es de hecho un agujero negro. Según Bradrick, estos resultados indican que estamos mirando un horizonte de sucesos, que es una característica de los agujeros negros.

El horizonte de sucesos es un límite incorpóreo donde nada puede escapar al control de la gravedad de un agujero negro. Son devorados en silencio y sin radiación alguna. Algunos teóricos dicen que el centro de la plata puede no ser un agujero negro, sino una llamada estrella bosónica, que tiene una superficie sustancial en lugar de un horizonte de sucesos. Debido a la gran cantidad de gas que cae sobre la superficie, debió convertirse en la estrella extremadamente caliente más pequeña.

Broadlake analiza las observaciones de Douliman. Sugirió que si Sagitario A' tuviera una superficie, ardería de manera constante en luz infrarroja; de hecho, no se ha observado tal luz candente; Entonces uno concluye que efectivamente estamos viendo a Sagitario A', que lleva un manto de horizonte, separando todo lo que hay dentro de él del resto del universo.

Duliman no quedó satisfecho con estas observaciones. Dice que los puntos negros borrosos son sólo el comienzo. Moverá sus observaciones a la longitud de onda más corta de 0,87 milímetros. Para entonces, se reunirán más observaciones para obtener una imagen más clara del agujero negro.

El enorme ojo de microondas está construido en las montañas desérticas de Chile. Se están construyendo grandes conjuntos milimétricos y submilimétricos (ALMA). Tiene 66 antenas parabólicas y, por lo que podemos ver, Alma parece un tigre extendiendo sus alas, dijo Duliman. En colaboración con otras instalaciones de observación de todo el mundo, proporcionará una imagen más clara de Sagitario A’ y puede incluso revelar el agujero negro más grande en la galaxia activa M87.

"Lo que más me emociona es que podremos observar cambios instantáneos", dijo Duliman. Las observaciones en muchas longitudes de onda muestran que el gas que rodea a Sagitario A' a veces entra en erupción repentinamente. También observarán el movimiento de las llamaradas circundantes y el hecho de que están siendo absorbidas por el horizonte en tiempo real, dijo Duliman.

Sus observaciones ayudan a comprender la rotación de los agujeros negros. La teoría de la relatividad sostiene que un agujero negro en rotación formará un vórtice en la estructura del espacio, y los puntos calientes cercanos al agujero negro (en realidad, el horizonte de sucesos) quedarán involucrados en el vórtice. Así podremos explorar la velocidad blanca de Sagitario A', lo que nos dará pistas sobre la formación de este agujero negro, porque su giro depende de lo que consumió en el pasado.

¿Cómo se forman estos agujeros negros masivos? Los teóricos han propuesto varios modelos de crecimiento diferentes para Sagitario, uno de los cuales consiste en ingerir gas galáctico que está alineado con la rotación de la galaxia y precipitarse hacia el horizonte, un disco de acreción giratorio. se forma a su alrededor; a medida que el agua en la bañera fluye hacia el desagüe, el gas en el disco se mueve cada vez más rápido hacia el agujero negro, cuando el gas finalmente es engullido, su rotación se sumará a la del agujero negro, la rotación de Sagitario; Se puede lograr A'. Según la velocidad máxima permitida por la teoría de la relatividad, la velocidad del horizonte de sucesos puede acercarse a la velocidad de la luz. Otro modelo es que Sagitario A creció a través de "bocadillos" en el gas (estos "bocadillos" procedían de grupos de gas que entraban en órbitas aleatorias cercanas, y dado que sus órbitas son aleatorias, sus rotaciones en su mayoría se cancelan entre sí), por lo que la rotación de Sagitario A puede ser más bajo; el otro es el tipo colisión, donde una galaxia más pequeña choca con la Vía Láctea y se fusiona.

Dado que cada galaxia tiene su propio agujero negro central, su giro tiende a ser modesto cuando se fusiona con Sagitario A.

La relatividad general ha sido nuestra mejor teoría de la gravedad durante casi un siglo desde que Einstein la propuso, y coincide con precisión con las observaciones. Pero la teoría nunca ha sido probada en campos de supergravedad, como cerca del horizonte de sucesos, donde las predicciones de la relatividad son extremas.

Si se observan algunas anomalías en las observaciones de Duliman, puede significar que la teoría de la relatividad fracasará por completo en los campos de supergravedad. El monstruo en el centro de la galaxia tiene una sombra más oscura de lo que pensábamos.

Sin embargo, nuestro agujero negro gigante, Sagitario A’, es muy brillante, aunque difícil de ver. Si estuviera en un estado explosivo, como el agujero negro central de una galaxia activa (refiriéndose al material cerca del horizonte de sucesos), ¿podría existir vida en la Tierra? Nuestro súper agujero negro es leve, pero también explota. Si lo miráramos hace 30.000 años, sería 100 millones de veces más brillante de lo que es ahora. Esto se debe a que Tiekelay vio rayos X de alta energía emitidos por la nube de hidrógeno de Sagitario B2, que está a 350 años luz de Sagitario A, dijo Lemnissev del Instituto Espacial de Moscú. La única explicación es que hace 30.000 años, Sagitario A emitió una radiación muy fuerte, que formó una nube B2 350 años después, estimulando a esta última a producir rayos X.