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Viernes, 1 febrero 2013
Astrofísica

La proporción que mantienen las emisiones de los chorros polares de todos los agujeros negros

Los agujeros negros tienen masas que van desde las de tipo estelar, en los agujeros que no han crecido mucho desde su formación a partir de núcleos de estrellas muertas, hasta las que alcanzan valores tan colosales como miles de millones de veces la masa del Sol, siendo capaces de gobernar gravitacionalmente los centros de las galaxias.

Los resultados de un nuevo estudio, para el que se han utilizado datos reunidos por el Telescopio Espacial Fermi de rayos gamma y el satélite astronómico Swift, de la NASA, indican que los chorros de alta velocidad lanzados desde las inmediaciones de agujeros negros activos poseen similitudes fundamentales, independientemente de su masa, edad o entorno.

El gas que cae hacia un agujero negro gira en espiral hacia él y se acumula formando un disco de acreción, donde se comprime y calienta. Cerca del borde interior del disco, en el umbral del horizonte de sucesos del agujero negro (la frontera más allá de la cual nada que la cruce puede volver a salir), parte del material es acelerado y expulsado como un par de chorros que fluyen en direcciones opuestas a lo largo del eje de rotación del agujero negro. Estos chorros contienen partículas moviéndose a casi la velocidad de la luz, produciendo rayos gamma cuando interactúan.

No se sabe muy bien cómo ocurre este proceso de aceleración, pero en las galaxias activas los astrofísicos ven chorros que han funcionado durante tanto tiempo que su actividad ha terminado por producir corrientes de gas claramente perceptibles que se extienden a lo largo de millones de años-luz.

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Mucho más energéticos son los estallidos de rayos gamma (GRBs por sus siglas en inglés), las explosiones más poderosas del universo. Los astrónomos creen que el tipo más común de GRB anuncia la muerte de una estrella masiva y el nacimiento de un agujero negro de masa estelar. Cuando el núcleo productor de energía de la estrella agota su provisión de combustible, se contrae de manera catastrófica y forma un agujero negro. A medida que las capas superpuestas de la estrella caen hacia el interior, se forma un disco de acreción y el agujero negro lanza un chorro.

Las partículas en algunos chorros de tipo GRB han sido aceleradas hasta velocidades superiores al 99,9 por ciento de la velocidad de la luz. Cuando el chorro atraviesa ciertas capas de materia estelar produce un pulso de rayos gamma que por lo general dura unos pocos segundos. Satélites como el Fermi y el Swift pueden detectar esta emisión si el chorro está lo bastante alineado en dirección a la Tierra.

A fin de buscar una tendencia común en agujeros negros con una amplia gama de masas, el equipo de Rodrigo Nemmen (NASA), Sylvain Guiriec (NASA) y Eileen Meyer (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, en Baltimore), estudió los mejores equivalentes a escala galáctica de los chorros GRB. Se trata de fuentes que corresponden a las clases más brillantes de galaxias activas, blazares y quásares, y cuyos chorros apuntan hacia la Tierra.

Para igualar la cantidad de energía emitida en un segundo por un blazar típico, el Sol tendría que brillar durante 317.000 años. Para igualar la energía que un GRB ordinario libera en un segundo, el Sol tendría que brillar durante tres mil millones de años.

El equipo examinó 54 GRBs y 234 blazares y quásares. El brillo de los rayos gamma captado por el Fermi, el Swift y otros observatorios, reveló a los científicos cuánta luz irradian los chorros. Las observaciones de radio y rayos X les permitieron determinar la magnitud de la aceleración de las partículas en cada chorro. Mediante el análisis de cómo estas dos propiedades están relacionadas entre sí, los investigadores han descubierto que las muestras de GRB y de blazar mantienen la misma proporción.

El hallazgo indica que esa actividad de los agujeros negros está gobernada por un mismo conjunto de reglas, con independencia de la masa del agujero negro, su edad, y el brillo y potencia de los chorros. La cantidad de energía para las emisiones de rayos gamma y otras formas de luz siempre representa entre el 3 y el 15 por ciento de la energía implicada en el movimiento de las partículas aceleradas en el chorro.

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