Lea entre líneas para modelar el agujero negro central de nuestra galaxia

Lea entre líneas para modelar el agujero negro central de nuestra galaxia


22 de junio de 2022

(Noticias de Nanowerk) Las apariencias engañan. La luz de una bombilla parece ser constante, pero en realidad parpadea 120 veces por segundo. Dado que el cerebro solo percibe un promedio de la información recibida, este parpadeo es borroso. La percepción de iluminación constante es puramente una ilusión.

Si bien la luz no puede escapar de un agujero negro, el brillo brillante del gas que orbita rápidamente (recuerde las imágenes del agujero negro de 2019 de M87) tiene su propia llamarada única. En un documento presentado recientemente Cartas de revistas astrofísicas («Notable correspondencia de la variabilidad submilimétrica de Sagitario A* con un modelo de flujo de acreción alimentado por viento estelar») Sean Ressler de UC Santa Barbara, Lena Murchikova del Instituto de Estudios Avanzados y Chris White de la Universidad de Princeton pudieron aprovechar este sutil parpadeo para construir el modelo más preciso hasta ahora del agujero negro central de nuestra propia galaxia, Sagittarius A* (Sgr A*), que ofrece información sobre propiedades como su estructura y movimiento.

Últimamente ha habido mucho entusiasmo por la nueva imagen del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, y con razón. «Pero una sola imagen solo cuenta una parte de la historia», dijo Ressler, investigadora postdoctoral en el Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la UCSB. Ressler cuenta con el apoyo de una subvención a KITP de la Fundación Gordon y Betty Moore.

El video sería ideal, señaló, pero por ahora solo podemos construir imágenes borrosas y parpadeantes. Afortunadamente, el patrón de parpadeo codifica mucha información. «Aquí mostramos que nuestro modelo de gas que cae desde estrellas cercanas reproduce el mismo patrón mucho mejor que los modelos anteriores», agregó Ressler.

Esta es la primera vez que los investigadores muestran en un solo modelo la historia completa de cómo se mueve el gas en el centro de la Vía Láctea, desde que las estrellas lo expulsan hasta que cae en el agujero negro. Al leer entre las líneas proverbiales (o la luz parpadeante), el equipo concluyó que la imagen más probable de la alimentación de un agujero negro en el centro galáctico implica la entrada directa de gas desde largas distancias, en lugar de una retirada lenta del material en órbita durante un largo período. del tiempo

«Los agujeros negros son los guardianes de sus propios secretos», dijo Murchikova. «Para comprender mejor estos objetos misteriosos, confiamos en la observación directa y el modelado de alta resolución».

La existencia de agujeros negros fue predicha hace unos 100 años por Karl Schwarzschild basándose en la nueva teoría de la gravedad de Albert Einstein. Sin embargo, los investigadores recién ahora están comenzando a estudiarlos a través de observaciones.

Ressler ha intentado durante años crear las simulaciones más realistas del gas alrededor de Sgr A* hasta el momento. Lo ha hecho incorporando observaciones de estrellas cercanas directamente en las simulaciones y rastreando meticulosamente el material que arrojan mientras orbitan el agujero negro. Su trabajo más reciente culminó en un Carta de revista astrofísica Documento en 2020 («Simulaciones a escala de horizonte Ab Initio de acreción detenida magnéticamente en Sagitario A * alimentado por vientos estelares»).

En octubre de 2021, Murchikova publicó un artículo en Cartas de revistas astrofísicas («Second-scale Submillimeter Variability of Sagittarius A* during Flaring Activity of 2019: On the Origin of Bright Near-infrared Flares»), que describe un método para estudiar el parpadeo de los agujeros negros en la escala de tiempo de unos segundos en lugar de unos minutos es presentado. Este avance permitió una cuantificación más precisa de las propiedades de Sgr A* en función de su parpadeo.

White, ex postdoctorado de KITP, ha estado trabajando en los detalles de lo que le sucede al gas cerca de los agujeros negros, donde los poderosos efectos de la relatividad general son importantes, y cómo esto afecta la luz que nos llega. A Diario astrofísico La publicación a principios de este año resume algunos de sus hallazgos («Los efectos de la inclinación en la variabilidad temporal de las emisiones milimétricas e infrarrojas de Sagittarius A*»).

Murchikova, White y Ressler se unieron para comparar el patrón de parpadeo observado de Sgr A* con los predichos por sus respectivos modelos numéricos.

«El resultado fue muy interesante», explicó Murchikova. “Durante mucho tiempo pensamos que podíamos ignorar en gran medida de dónde provenía el gas alrededor del agujero negro. Los modelos típicos imaginan un anillo artificial de gas, con forma aproximada de dona, ubicado a cierta distancia del agujero negro. Encontramos que tales modelos producen patrones de parpadeo que son inconsistentes con las observaciones”.

El modelo de viento estelar de Ressler adopta un enfoque más realista, en el que el gas consumido por los agujeros negros se emite originalmente desde las estrellas cercanas al centro galáctico. En esta simulación, el gas incidente reproduce el patrón de parpadeo correcto. “El modelo no se construyó con la intención de explicar este fenómeno en particular. El éxito de ninguna manera fue una garantía”, dijo Ressler. «Por lo tanto, fue muy alentador ver que el modelo tuvo tanto éxito después de años de trabajo».

«Al examinar el parpadeo, podemos ver cambios en la cantidad de luz que emite el agujero negro segundo a segundo y tomar miles de medidas en el transcurso de una sola noche», explicó White. «Pero eso no nos dice cómo se organiza el gas en el espacio, como lo haría una imagen de gran formato. Al combinar estos dos tipos de observaciones, es posible mitigar las limitaciones de ambos y así obtener la imagen más auténtica posible”.



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