El telescopi espacial Hubble observa directament el disc d’acreció al voltant d’un forat negre

Un equip de científics, dirigits per José A. Muñoz del Departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València, ha utilitzat el Telescopi Hubble de la NASA/ESA per observar el disc d’acreció d’un quàsar – un disc brillant de matèria que està sent lentament xuclat pel forat negre central de la seua galàxia. L’estudi fa ús d’una nova tècnica que utilitza lents gravitatòries per donar un impuls enorme a la potència del telescopi. La increïble precisió del mètode ha permès als astrònoms mesurar directament el disc i conéixer la temperatura en diferents parts d’aquest.

Un equip internacional d’astrònoms ha utilitzat una nova tècnica per estudiar el disc brillant de matèria que envolta un forat negre llunyà. Usant el telescopi Hubble de la NASA/ESA, combinades amb l’efecte de lent gravitatòria de les estrelles en una galàxia llunyana [veure 1, al final], l’equip va mesurar la grandària del disc i estudiar els colors (i per tant la temperatura) de les diferents parts d’aquest. Aquestes observacions mostren un nivell de precisió equivalent a la detecció dels grans individuals de sorra en la superfície de la Lluna.

Mentre que els forats negres són per se objectes invisibles, les forces que provoquen causen alguns dels fenòmens més brillants de l’Univers. Els quàsars – abreujament d’objectes quasi-estel·lars – són discos brillants de matèria que orbiten al voltant de forats negres supermassius, escalfant-se i emetent radiació extremadament brillant.

El disc d’acreció d’un quàsar té una mida típica d’uns pocs dies-llum, o d’uns 100 mil milions quilòmetres de diàmetre, però es troben a milers de milions d’anys llum de distància. Això significa que la seua mida aparent, vist des de la Terra és tan petita que probablement mai tindrem un telescopi prou potent com per veure la seua estructura directament“, explica José Muñoz, el científic principal en aquest estudi.

Fins ara, la petita mida aparent dels quàsars havia fet que la major part del nostre coneixement de la seua estructura interna s’havia basat en l’extrapolació teòrica, en lloc de l’observació directa.

L’equip, per tant, utilitza un mètode innovador per estudiar el quàsar: les estrelles d’una galàxia intermèdia fan de microscopi d’escombrat per observar trets en el disc del quàsar que d’una altra manera seria massa petits per veure. A mesura que aquestes estrelles es mouen a través de la llum del quàsar, els efectes gravitatoris amplifiquen la llum de diferents parts del quàsar, donant informació detallada del color d’una línia que creua a través del disc d’acreció (veieu el vídeo).

L’equip va observar un grup de quàsars distants, la llum dels quals va ser desviada per l’alineació casual d’altres galàxies situades en primer pla, produint diverses imatges del quàsar.

Els membres de l’equip van veure les subtils diferències de color entre les imatges i els canvis de color que es van dur a terme durant el temps de les observacions. Part d’aquestes diferències de color es deuen a les propietats de la pols en les galàxies que intervenen: la llum procedent de cadascuna de les imatges del quàsar ha seguit un camí diferent a través de la galàxia, de manera que els diferents colors contenen informació sobre el material dins de la galàxia. El mesurament de la manera i l’extensió de com la pols dins de la galàxia bloqueja la llum (coneguda pels astrònoms com la llei d’extinció) a aquestes distàncies és en si mateix un resultat important de l’estudi.

Per a un dels quàsars que van estudiar, però, hi ha indicis clars que les estrelles en la galàxia intermèdia passaven pel camí de la llum del quàsar [2]. Igual que l’efecte gravitacional degut a la galàxia sencera doblega i amplifica la llum del quàsar, de la mateixa manera ho poden fer les estrelles dins de la galàxia intermèdia que subtilment corben i amplifiquen la llum procedent de diferents parts del disc d’acreció al seu pas pel camí de la la llum del quàsar.

Mitjançant el registre de la variació en el color, l’equip va ser capaç de reconstruir el perfil de color a través del disc d’acreció. Això és important perquè la temperatura d’un disc d’acreció augmenta com més a prop està del forat negre i els colors emesos per la matèria calenta és més blava com més calenta siga. Això va permetre a l’equip mesurar el diàmetre del disc de matèria calenta, i representar com de calenta està a diferents distàncies del centre.

L’equip va trobar que el disc és d’entre quatre i onze dies-llum de diàmetre (aproximadament de 100 a 300 mil milions de km). Encara que aquesta mesura mostra una gran incertesa, segueix sent una mesura molt exacta d’un objecte petit a una distància tan gran, i el mètode té un gran potencial per a una precisió major en el futur.

Aquest resultat és molt rellevant perquè implica que ara són capaços d’obtenir les dades d’observació de l’estructura d’aquests sistemes, en lloc de basar-se només en la teoria“, diu Muñoz. “Les propietats físiques dels quàsars encara no estan ben enteses. Aquesta nova possibilitat d’obtenir mesures observacionals està, per tant, obrint una nova finestra per ajudar a comprendre la naturalesa d’aquests objectes.

Notes

El Telescopi Espacial Hubble és un projecte de cooperació internacional entre la ESA i la NASA.

L’estudi, titulat “A study of gravitational lens chromaticity with the Hubble Space Telescope“, apareixerà en la revista Astrophysical Journal de  l’1 de desembre . L’equip internacional d’astrònoms es compon de: José Antonio Muñoz (Universitat de València), E. Mediavilla (Instituto de Astrofísica de Canarias), CS Kochanek (Ohio State University, EUA), EE Falco (Centre Harvard-Smithsonian Center for Astrofísica , EUA) i Ana Maria Mosquera (Universitat de València i Ohio State University, EUA).

[1] La gravetat corba l’estructura de l’espai-temps, i per tant desvia els raigs de llum. Quan l’alineació és correcta, amb un objecte directament darrere d’un altre, la gravetat de l’objecte en primer pla “doblega” la llum com ho fa una lent òptica, un procés conegut com lent gravitatòria. Les lents gravitatòries es caracteritzen per produir múltiples imatges distorsionades dels objectes distants.

Els efectes més cridaner de la lent gravitatòria és l’amplificació i distorsió de la llum de galàxies distants, ja que la llum passa a través de cúmuls massius de galàxies.

Aquest efecte també es produeix a menor escala, amb les galàxies a una distància intermèdia que doblega i distorsiona la llum de quàsars distants, produint imatges múltiples que són visibles a través de la galàxia lent.

Les estrelles individuals també poden fer de lent, encara que aquest efecte, anomenat microlent gravitatòria, és molt més subtil i només pot ser detectat mesurant com l’efecte de lent augmenta la brillantor de la font.

Aquest estudi fa ús de l’efecte de microlent gravitatòria d’estrelles d’una galàxia en primer pla per estudiar el disc d’acreció d’un quàsar situat darrere d’ella. També s’utilitza la interacció de la llum quàsar i l’efecte de lent gravitatòria per explorar el contingut de gas i pols de les galàxies intermèdies.

[2] La galàxia lent en què es va observar aquest fenomen se l’anomena [WKK93] G, el quàsar es diu HE 1104-1805.

Imatge: Aquesta imatge mostra un quàsar, la llum del qual ha estat doblegat i distorsionat per una galàxia en el primer pla, que pot veure’s com una forma dèbil al voltant de les dues imatges del quàsar.

L’observació d’una de les imatges mostra variacions de color al llarg del temps. Això és causat per estrelles de la galàxia lent que creuen el camí de la llum del quàsar, amplificant la llum de diferent parts del disc d’acreció del quàsar a mesura que es mouen. Això ha permés a un equip de científics reconstruir el color i el perfil de temperatura del disc d’acreció amb una precisió sense precedents. El nivell de detall aconseguit és equivalent a estudiar grans individuals d’arena en la superfície de la Lluna observant des de la Terra.

Crèdit de la foto:

NASA, ESA i J.A. Muñoz (Universitat de València)

i del vídeo:

NASA, ESA, L. Calçada

Text a partir de la nota de premsa del Hubble Space Telescope.

 

Un pensament a “El telescopi espacial Hubble observa directament el disc d’acreció al voltant d’un forat negre

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.