Gracias al efecto de lente gravitatoria se ha podido medir la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo en un cuásar. Resulta que es la mitad de la velocidad de la luz en el vacío. La lente gravitatoria actúa como una lupa y muestra cuatro imágenes amplificadas del mismo cuásar (RX J1131-1231).
Este cuásar, un agujero negro en rotación rápida que acreta materia (en un disco de acreción) emitiendo un intenso chorro de radiación, se encuentra a seis mil millones de años luz de distancia de la Tierra.
Se han combinado datos del Observatorio de Rayos X Chandra y del Telescopio Espacial Hubble, ambos de la NASA, y del XMM-Newton de la ESA.
El artículo técnico es R. C. Reis, M. T. Reynolds, J. M. Miller, D. J. Walton, “Reflection from the strong gravity regime in a lensed quasar at redshift z = 0.658,” Nature, AOP 05 Mar 2014. Recomiendo leer a Guido Risaliti, “Astrophysics: Cosmic lens reveals spinning black hole,” Nature, AOP 05 Mar 2014; y a “RX J1131-1231: Chandra & XMM-Newton Provide Direct Measurement of Distant Black Hole’s Spin,” Chandra X-Ray Observatory, News, 5 Mar 2014.
Un agujero negro supermasivo es un sistema físico muy simple.
Se caracteriza por dos magnitudes: su masa y su momento angular.
¿Por qué es importante saber su velocidad angular? Los astrónomos creen que los agujeros negros supermasivos se formaron en el Universo primitivo a partir de “pequeñas semillas” con masas de hasta diez mil masas solares.
Estas semillas crecen hasta llegar a millones o incluso miles de millones de masas solares gracias a fusiones entre agujeros negros durante las colisiones entre galaxias. Una alta velocidad de rotación es resultado de este tipo de fenómenos de fusión y nos da mucha información sobre estos procesos tempranos de evolución galáctica.
¿Cómo se puede medir la velocidad de rotación? En los cuásares, la longitud de la radiación es indicativo de su cercanía al horizonte de sucesos.
La más cercana son los rayos X, seguidos en cercanía por los ultravioletas y luego más lejos por el óptico. La rotación del agujero negro distorsiona el espaciotiempo cerca del horizonte y deja su firma en la emisión de rayos X.
En particular, una línea espectral del hierro (Fe) se ve muy alterada por la deformación del espaciotiempo alrededor del agujero negro en rotación.
En reposo la línea Fe Kα tiene una energía entre 6,4 y 6,97 keV (kiloelectronvoltios), pero por efecto Doppler (debido a la rotación) se observa en 3,61 ± 0,26 keV, lo que implica un parámetro de rotación a = 0,87 ± 0,15 Jc/GM² a 3σ C.L. (donde J es el momento angular) y un valor a > 0,66 Jc/GM² a 5σ C.L.
La clave de la nueva observación es el efecto de lente gravitacional de una galaxia elíptica con z =0,295 que se encuentra en la línea de visión entre nosotros y el cuásar RX J1131-1231 que tiene z=0,658.
No vemos el cuásar de forma directa porque lo tapa la galaxia. Pero el efecto de lente gravitacional nos ofrece cuatro imágenes de este cuásar.
En el futuro este tipo de medidas se multiplicarán gracias al telescopio de rayos X de la ESA llamado ATHENA (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics).
Gracias a ello obtendremos mucha información sobre cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos.
francis.naukas
