Medir distancias cósmicas utilizando el ‘mapeo de eco’ en galaxias lejanas.

Agustin Ollarce

Una medición de luminosidad de los discos de agujeros negros en más de 500 galaxias apoya el uso del ‘mapeo de eco’ para conocer las distancias entre la Tierra y estas galaxias lejanas.


Un disco de material caliente alrededor de un agujero negro supermasivo emite un estallido de luz visible, que viaja a un anillo de polvo que posteriormente emite luz infrarroja. 
Credito: NASA/JPL-CALTECH


El proceso de mapeo de eco, también conocido como mapeo de reverberación, comienza cuando el disco de plasma caliente (átomos que han perdido sus electrones) cerca del agujero negro se vuelve más brillante, a veces incluso liberando destellos cortos de luz visible (es decir, longitudes de onda que pueden verse por el ojo humano).

Esa luz se aleja del disco y finalmente se topa con una característica común de la mayoría de los sistemas de agujeros negros supermasivos: una enorme nube de polvo en forma de rosquilla (también conocida como toro). Juntos, el disco y el toro forman una especie de diana, con el disco de acreción envuelto firmemente alrededor del agujero negro, seguido de anillos consecutivos de plasma y gas ligeramente más fríos, y finalmente el toro de polvo, que constituye el anillo más ancho y externo en la diana.

Cuando el destello de luz del disco de acreción alcanza la pared interior del toro polvoriento, la luz se absorbe, lo que hace que el polvo se caliente y libere luz infrarroja. Este brillo del toro es una respuesta directa o, se podría decir, un “eco” de los cambios que ocurren en el disco.

La distancia desde el disco de acreción hasta el interior del toro de polvo puede ser enorme: miles de millones o billones de kilómetros. Incluso la luz, que viaja a 300.000 kilómetros por segundo, puede llevar meses o años cruzarla.

Si los astrónomos pueden observar tanto el destello inicial de luz visible en el disco de acreción como el subsiguiente brillo infrarrojo en el toro, también pueden medir el tiempo que tardó la luz en viajar entre esas dos estructuras. Debido a que la luz viaja a una velocidad estándar, esta información también les da a los astrónomos la distancia entre el disco y el toro.

Luego, los científicos pueden usar la medición de distancia para calcular la luminosidad del disco y, en teoría, su distancia a la Tierra. He aquí cómo: la temperatura en la parte del disco más cercana al agujero negro puede alcanzar decenas de miles de grados, tan alta que incluso los átomos se rompen y las partículas de polvo no pueden formarse. El calor del disco también calienta el área que lo rodea, como una hoguera en una noche fría. Al alejarse del agujero negro, la temperatura disminuye gradualmente.

Los astrónomos saben que el polvo se forma cuando la temperatura desciende a unos 1.200 grados Celsius; cuanto más grande es la hoguera (o más energía irradia el disco), más lejos se forma el polvo. Por tanto, medir la distancia entre el disco de acreción y el toro revela la salida de energía del disco, que es directamente proporcional a su luminosidad.

Debido a que la luz puede tardar meses o años en atravesar el espacio entre el disco y el toro, los astrónomos necesitan datos que abarquen décadas.


Esta imagen artistica muestra el Explorador de estudios infrarrojos de campo amplio, o la nave espacial WISE, en su órbita alrededor de la Tierra.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.

El estudio utilizó 14 levantamientos del cielo por WISE / NEOWISE, recopilados entre 2010 y 2019. En algunas galaxias, la luz tardó más de 10 años en atravesar la distancia entre el disco de acreción y el polvo, lo que los convierte en los ecos más largos jamás medidos en el exterior. la galaxia de la Vía Láctea.

La idea de utilizar el mapeo de eco para medir la distancia desde la Tierra a las galaxias lejanas no es nueva, pero el estudio logra avances sustanciales para demostrar su viabilidad.

El estudio confirma que el mapeo del eco se desarrolla de la misma manera en todas las galaxias, independientemente de variables como el tamaño de un agujero negro, que puede variar significativamente en todo el universo.

El estudio fue publicado en Astrophysical Journal.

Fuente.

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