12 de diciembre de 2008

Astrónomos disecan un agujero negro supermasivo con lupas naturales

Imagen: ESO/F. Courbin et al.

Combinando una lupa natural doble con el poder del telescopio VLT (telescopio muy grande) de la organización Observatorio Europeo Austral, ESO, los astrónomos han escudriñado las partes internas del disco que rodea a un agujero negro súper masivo ubicado a 10 mil millones de años-luz de distancia. Fueron capaces de estudiar dicho disco con un nivel de detalle mil veces superior al logrado por los mejores telescopios del mundo, proporcionando así la primera confirmación observacional de los modelos teóricos prevalentes de este tipo de discos.

El equipo de astrónomos de Europa y los Estados Unidos estudió la "Cruz de Einstein", un famoso espejismo cósmico. Esta configuración con forma de cruz consiste en cuatro imágenes de una sola fuente muy distante. Las múltiples imágenes son el resultado de lentes gravitacionales producidas por una galaxia ubicada en primer plano, un efecto que había sido predicho por Albert Einstein como consecuencia de su teoría general de la relatividad. La fuente de luz en la Cruz de Einstein es un cuásar que está a aproximadamente diez mil millones de años luz de distancia, mientras que la galaxia del primer plano está diez veces más cerca. La luz proveniente del cuásar vio su trayectoria curvada y fue aumentada por el campo gravitacional de la galaxia que actúa como lente.

El efecto de aumento, conocido como "macrolente", en el que una galaxia juega el rol de una lupa cósmica o de telescopio natural, demuestra ser muy útil en astronomía pues nos permite observar objetos distantes que de otra forma serían muy débiles para ser explorados usando los telescopios disponibles en la actualidad. "La combinación de esta amplificación natural con el uso de un gran telescopio nos provee los detalles más precisos que se hayan obtenido", explica Frédéric Courbin, líder del programa que estudia la Cruz de Einstein con el VLT.

Además del efecto de macrolente provocado por la galaxia en su totalidad, las estrellas individuales que la conforman actúan como lentes secundarias para producir un aumento adicional. Este aumento secundario está basado en el mismo principio de la macrolente, pero a una escala menor y, ya que las estrellas son mucho más pequeñas que las galaxias, se le define como "microlente". Puesto que las estrellas se mueven dentro de la galaxia que actúa como lente, el aumento de la microlente también cambia con el tiempo. Debido a este efecto, resulta que, desde la Tierra, el brillo de las imágenes del cuásar (cuatro en el caso de la Cruz de Einstein) oscila en torno a un valor promedio. El tamaño del área aumentada por las estrellas en movimiento es de unos pocos días luz, por ejemplo, comparable al tamaño del disco de acreción del cuásar.

Dentro del disco de la galaxia, la microlente afecta varias zonas de emisión en diversas formas, siendo las menores las más aumentadas. Como las zonas de diferentes tamaños tienen diferentes colores (o temperaturas), el efecto neto de los microlentes es producir variaciones de color en las imágenes del cuásar, además de las variaciones de brillo. Al observar estas variaciones en detalle durante varios años, los astrónomos pueden medir cómo se distribuye la materia y la energía en el agujero negro súper masivo que está dentro del cuásar. Los astrónomos observaron la Cruz de Einstein tres veces al mes durante tres años usando el telescopio VLT de ESO, monitoreando tanto el brillo como los cambios de color de las cuatro imágenes.

"Gracias a este conjunto único de datos pudimos mostrar que la radiación más energética se emite en el día luz central alrededor del agujero negro súper masivo y, más importante, que la energía disminuye con la distancia al agujero negro casi exactamente como la teoría lo predijo", dice Alexander Eigenbrod, quien completó el análisis de los datos.

El uso de macrolentes y microlentes, junto con el ojo gigante del VLT, permitió a los astrónomos explorar zonas en escalas de una millonésima de segundo de arco. Esto corresponde, por ejemplo, al tamaño de una moneda de un euro vista desde una distancia de dos millones de kilómetros ¡unas cinco veces la distancia a la Luna! "Esto es mil veces mejor que lo que se puede alcanzar usando técnicas normales con cualquier telescopio existente", agrega Courbin.

Haber medido cómo se distribuye la temperatura alrededor del agujero negro central es un logro muy especial. Existen varias teorías sobre la formación y abastecimiento de los cuásares, cada una de las cuales predice un perfil distinto. Hasta ahora ninguna de las observaciones directas ni independientes del modelo ha permitido a los científicos validar o invalidar alguna de estas teorías existentes, especialmente relativas a las zonas centrales del cuásar. "Esta es la primera medición precisa y directa del tamaño del disco de acreción de un cuásar en diferentes longitudes de onda (colores), independiente de cualquier modelo", concluye el miembro del equipo Georges Meylan.

Los artículos científicos que describen estos descubrimientos son: Eigenbrod, A., Courbin, F., Sluse, D., Meylan, G. y Agol, E., "Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 ? the Einstein Cross. I. Spectrophotometric monitoring with the VLT", publicado en Astronomy & Astrophysics, 480, 647, 2008; y, Eigenbrod, A., Courbin, F., Meylan, G., Agol, E., Anguita, T., Schmidt, R. W. y Wambsganss, J., "Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 ? the Einstein Cross. II. Energy profile of the accretion disk", publicado en Astronomy & Astrophysics, 490, 933, 2008.

El equipo está compuesto por Frédéric Courbin, Alexander Eigenbrod, y Georges Meylan (Escuela Politécnica Federal de Lausanne, Suiza), Dominique Sluse, Robert Schmidt, Timo Anguita y Joachim Wambsganss (Instituto de Investigación en Astronomía, Heidelberg, Alemania), y Eric Agol (Universidad de Washington, Seattle, Estados Unidos).

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.eso.org/