Un equipo de científicos ha usado el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA para observar el disco de acreción de un quásar – un disco brillante de materia que está siendo lentamente absorbido por el agujero negro central de su galaxia. Su estudio hace uso de una novedosa técnica que utiliza lentes gravitatorias para dar un inmenso impulso a la potencia del telescopio. La increíble precisión del método ha permitido a los astrónomos medir directamente el tamaño del disco y hacer gráficos de temperatura de distintas partes del mismo.
Un equipo internacional de astrónomos ha usado una nueva técnica para estudiar el brillante disco de materia alrededor de un alejado agujero negro. Usando el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, junto con el efecto de lente gravitatoria de estrellas en una galaxia lejana, el equipo midió el tamaño del disco y estudió los colores (y por tanto las temperaturas) de distintas partes del mismo. Estas observaciones muestran un nivel de precisión equivalente a observar granos de arena en la superficie de la Luna.
Aunque los agujeros negros son invisibles, las fuerzas que liberan provocan algunos de los fenómenos más brillantes del universo. Los quásares – abreviatura de objetos cuasi-estelares – son brillantes discos de materia que orbitan agujeros negros supermasivos, que se calientan y emiten radiación extremadamente brillante al hacerlo.
“El disco de acreción de un quásar tiene un tamaño típico de unos pocos días luz, o alrededor de 100 mil millones de kilómetros de diámetro, pero se encuentran a miles de millones de años luz de distancia. Esto significa que su tamaño aparente cuando se observa desde la Tierra es tan pequeño que, probablemente, nunca tendremos un telescopio lo bastante potente para ver su estructura directamente”, explica José Muñoz, científico jefe del estudio.
Hasta ahora, el minúsculo tamaño aparente de los quásares ha significado que la mayor parte de nuestro conocimiento de la estructura interna se ha basado en extrapolaciones teóricas, en lugar de en observaciones directas.
El equipo, por tanto, usó un innovador método para estudiar el quásar: usar las estrellas que hay en la línea de visión de la galaxia como un microscopio de barrido para estudiar las características del disco del quásar que, de otro modo, serían demasiado pequeñas para verlas. Cuando estas estrellas se mueven a través de la luz del quásar, los efectos gravitatorios amplifican la luz de distintas partes del quásar, dando una detallada información del color para una línea que cruza el disco de acreción.
El equipo observó un grupo de quásares lejanos que reciben el efecto de lente gravitatoria por la casual alineación de otras galaxias frente a ellos, produciendo varias imágenes del quásar.
Observaron sutiles diferencias de color entre las imágenes, y cambios de color a lo largo del tiempo en que se realizaron las observaciones. Parte de estas diferencias de color están provocadas por las propiedades del polvo de las galaxias intermedias: la luz procedente de cada una de las imágenes de las lentes gravitatorias ha seguido un camino diferente a través de la galaxia, por lo que los distintos colores encapsulan la información sobre el material dentro de la galaxia. Medir la forma y extensión hasta la cual el polvo de las galaxias bloquea la luz (conocida por los astrónomos como ley de extinción) a tales distancias, es por sí mismo un importante resultado del estudio.
Uno de los quásares estudiados, sin embargo, tenía claros signos de que las estrellas de las galaxias intermedias estaban pasando por el camino de la luz procedente del quásar. Así como el efecto gravitatorio debido a la galaxia intermedia puede curvar y amplificar la luz del quásar, también las estrellas de la galaxia intermedia pueden curvar y amplificar sutilmente la luz procedente de distintas partes del disco de acreción cuando pasa a través del camino de la luz del quásar.
Registrando la variación de color, el equipo logró reconstruir el perfil de color del disco de acreción. Esto es importante debido a que la temperatura del disco de acreción aumenta cuando se acerca al agujero negro, y los colores emitidos por la materia caliente se hacen más azules cuanto más calientes están. Esto permitió al equipo medir el diámetro del disco de materia caliente, y hacer un gráfico con su temperatura respecto a distintas distancias al centro.
Encontraron que el disco tiene entre 4 y 11 días luz de diámetro (aproximadamente de 100 mil a 300 mil millones de kilómetros). Aunque estas medidas muestran grandes incertidumbres, aun así es una medida notablemente precisa para un objeto tan pequeño a una distancia tan grande, y el método tiene un gran potencial para mejorar en el futuro su precisión.
Este resultado es muy relevante, debido a que implica que ahora somos capaces de obtener datos observacionales de la estructura de estos sistemas, en lugar de depender sólo de la teoría”, dice Muñoz. “Las propiedades físicas de los quásares aún no se comprenden por completo. Esta nueva capacidad de obtener medidas observacionales abre, por tanto, una nueva ventana a la ayuda en la comprensión de la naturaleza de estos objetos”.
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