ALMA detecta parpadeo en el corazón de la Vía Láctea

22 mayo, 2020

Astrónomos encontraron con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) un parpadeo cuasiperiódico en ondas milimétricas provenientes del centro de la Vía Láctea, Sagitario (Sgr) A*. Según los astrónomos, el parpadeo se debe a la rotación de fuentes de radio que giran alrededor del agujero negro supermasivo en un radio orbital más pequeño que la órbita de Mercurio. Este hallazgo constituye una oportunidad interesante para estudiar el espacio-tiempo en gravedad extrema.

“Se sabía que Sgr A* a veces producía destellos en longitudes de onda milimétricas”, afirma Yuhei Iwata, autor principal del artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal y estudiante de posgrado de la Universidad Keio, en Japón. “Esta vez, usando ALMA, obtuvimos datos de alta calidad sobre la variación de intensidad de la onda de radio de Sgr A* durante 10 días, durante 70 minutos al día. Luego, detectamos dos tendencia: variaciones cuasiperiódicas por períodos de 30 minutos y variaciones lentas de una hora”.

Los astrónomos sostienen que en el centro de Sgr A* se encuentra un agujero negro supermasivo con una masa de 4 millones de soles. Hasta ahora se habían detectado destellos no solo en longitudes de onda milimétricas, sino también en luz infrarroja y rayos X. Sin embargo, las variaciones detectadas por ALMA son mucho menores que las observadas anteriormente. Es posible que estas pequeñas variaciones sean recurrentes en Sgr A*.

El agujero negro en sí no produce ninguna emisión. La fuente de la radiación es el abrasador disco de gas que lo rodea. El gas alrededor del agujero negro no cae directamente en el pozo gravitacional, sino que gira a su alrededor, formando un disco de acreción.

El equipo se concentró en las variaciones cortas y descubrió que los intervalos de 30 minutos son comparables al período orbital del borde interior del disco de acreción, que tiene un radio de 0,2 unidades astronómicas (1 unidad astronómica corresponde a la distancia entre la Tierra y el Sol: 150 millones de kilómetros). En comparación, Mercurio, el planeta del Sistema Solar más cercano al Sol, orbita alrededor de nuestra estrella a una distancia de 0,4 unidades astronómicas. Considerando la masa colosal del agujero negro, el efecto de su gravedad sobre el disco de acreción también es extremo.

“Esta emisión podría estar relacionada con algún fenómeno exótico ocurrido muy cerca del agujero negro supermasivo”, señala Tomoharu Oka, profesor de la Universidad Keio.

Su teoría es la siguiente. En el disco se forman puntos calientes que giran alrededor del agujero negro mientras emiten intensas ondas milimétricas. De acuerdo con la teoría de la relatividad especial de Einstein, la emisión se ve considerablemente amplificada cuando la fuente se desplaza hacia el observador a una velocidad similar a la de la luz. Como la velocidad de rotación del borde interno del disco de acreción es tan grande, se produce este fenómeno. Los astrónomos creen que este es el origen de los intervalos cortos en la emisión milimétrica de Sgr A*.

El equipo de investigadores postula que esta variación podría incidir en los intentos de obtener una imagen del agujero negro supermasivo con el Event Horizon Telescope. “En general, mientras más rápido sea el movimiento, mayor es la dificultad para obtener una foto del objeto”, señala Oka. “En cambio, la variación de la emisión proporciona datos valiosos sobre el movimiento del gas. Mediante una campaña de monitoreo a largo plazo con ALMA podríamos llegar a ser testigos del momento preciso en que el agujero negro absorbe el gas”. Los investigadores buscan obtener datos independientes que les permitan entender el desconcertante entorno del agujero negro supermasivo.

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de Y. Iwata et al. titulado “Time Variations in the Flux Density of Sgr A* at 230 GHz Detected with ALMA” (‘Variaciones de tiempo en la densidad de flujo de Sgr A* a 230 GHz detectadas con ALMA’), publicado el 2 de abril de 2020 en The Astrophysical Journal Letters.

El equipo de investigación estuvo integrado por:
Yuhei Iwata (Universidad Keio), Tomoharu Oka (Universidad Keio), Masato Tsuboi (Agencia Japonesa de Exploración Espacial/Universidad de Tokio), Makoto Miyoshi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI) y Shunya Takekawa (Observatorio Astronómico Nacional de Japón).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes

Representación artística del disco de gas que rodea el agujero negro supermasivo. Los puntos calientes que giran alrededor del agujero negro podrían ser el origen de las emisiones milimétricas cuasiperiódicas detectadas por ALMA. Crédito: Universidad Keio
Representación artística del disco de gas que rodea el agujero negro supermasivo. Los puntos calientes que giran alrededor del agujero negro podrían ser el origen de las emisiones milimétricas cuasiperiódicas detectadas por ALMA. Crédito: Universidad Keio
Variación en las emisiones milimétricas de Sgr A* detectada por ALMA. Los puntos de distintos colores representan el flujo en distintas frecuencias (azul: 234,0 GHz, verde: 219,5 GHz, rojo: 217,5 GHz) Se aprecian variaciones de aproximadamente 30 minutos. Créditos: Y. Iwata et al./Universidad Keio
Variación en las emisiones milimétricas de Sgr A* detectada por ALMA. Los puntos de distintos colores representan el flujo en distintas frecuencias (azul: 234,0 GHz, verde: 219,5 GHz, rojo: 217,5 GHz) Se aprecian variaciones de aproximadamente 30 minutos. Créditos: Y. Iwata et al./Universidad Keio