Agujeros negros, espacio profundo

La galería de fotos más misteriosa presenta cosas que no podemos ver. Los agujeros negros sólo se detectan por los efectos a su alrededor. Para detectar Cuásares y Púlsares se necesitan radiotelescopios. Afortunadamente, el descubrimiento de las lentes gravitacionales ha hecho posible fotografiar el fondo del Universo.

Dibujo agujero negro.

Astronomia: Dibujo de un agujero negro

Un Agujero Negro es un hipotético cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. El cuerpo está rodeado por una frontera esférica, llamada horizonte de sucesos, a través de la cual la luz puede entrar, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro.

Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad con una masa relativamente pequeña, como la del Sol o inferior, que está condensada en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una galaxia.

Agujero en Virgo.

Foto de un agujero negro

NGC 4438 es una galaxia peculiar situada en el cúmulo de Virgo, a 50 millones de años luz de la Tierra. La región brillante central corresponde al disco de acumulación alrededor del agujero negro central. Perpendicularmente al disco surgen en direcciones opuestas dos chorros de partículas, expulsadas a alta velocidad. Al chocar con el gas circundante, producen las burbujas que se ven en la imagen en falso color (rojo corresponde al gas más caliente). La burbuja más brillante tiene 800 años luz de diámetro.

Con su poderoso espejo apuntando hacia la galaxia NGC 4438, el Telescopio Espacial Hubble captó cómo el agujero negro supermasivo que habita en su centro vomita globos de gas caliente hacia afuera, en direcciones opuestas. Las imágenes muestran una burbuja rojiza elevándose desde una nube de polvo y otra más tenue descendiendo. Estos globos de gas son provocados por la atracción de los agujeros negros.

Parte de esta materia es regada en direcciones opuestas desde el disco central que forma el remolino, y a su paso barre más materia tal como una manguera al descargar su chorro sobre tierra floja. Estos chorros golpean a veces contra una barrera de nubes de gas moviéndose lentamente. Ese impacto es el que produce las burbujas que atrapó el Hubble en su fotografía. La burbuja superior, que mide 800 años luz de diámetro, es más brillante porque nació del choque de aquellos chorros de materia con una nube de gas mucho más densa que la que formó la burbuja inferior.

Agujero Negro.

Dibujo de la absorción de materia por un Agujero Negro

Cuando el gas y el polvo interestelares de una nebulosa se condensan, se forma una protoestrella que emite chorros de materia. Ésta continúa condensándose por gravitación al tiempo que se calienta. Cuando la temperatura del núcleo de la protoestrella llega a 10 millones de grados, se inician una serie de reacciones nucleares y nace una estrella nueva. Más adelante, la corteza del astro sufre una expansión acompañada de calentamiento, lo que da lugar a la formación de una gigante roja, de diámetro entre 10 y 100 veces el del Sol. Si la gigante roja es muy grande, produce hierro y otros elementos pesados, aumenta de tamaño y se transforma en supergigante. Después estalla y libera la materia en el espacio. Si sólo estalla la parte externa y el núcleo tiene suficiente masa, se convierte en un agujero negro.

Agujero en falso color.

Foto de un Agujero Negro en falso color

Los agujeros negros pueden formarse durante el transcurso de la evolución estelar. Cuando el combustible nuclear se agota en el núcleo de una estrella, la presión asociada con el calor que produce ya no es suficiente para impedir la contracción del núcleo debida a su propia gravedad. A densidades mayores de un millón de veces la del agua, aparece una presión debida a la alta densidad de electrones, que detiene la contracción en una enana blanca. Si la densidad es mayor, se convierte en agujero negro.

Espacio profundo.

Fotos del Espacio profundo

El resultado es que, justo como ocurre con una lente óptica, la luz se enfoca y el objeto se ve más brillante. También pueden aparecer imágenes multiples del mismo objeto.

Fotos de Púlsares.

Fotos de Púlsares

Los púlsares son estrellas de neutrones fuertemente magnetizadas, que giran con diámetros de sólo unos 16 km. Es probable que giren una vez por periodo de vibración. Su densidad es tan enorme que si la bola de la punta de un bolígrafo tuviera una densidad semejante su masa alcanzaría más de 91.000 toneladas.

Gracias a los radiotelescopios se han descubierto numerosas fuentes distintas de radiopulsos, calificadas como púlsares. Los periodos de vibración oscilan entre varios segundos y una minúscula fracción de segundo, como confirman observaciones ópticas y de rayos X. Estos periodos son tan constantes que sólo los relojes más precisos pueden detectar un leve aumento en el intervalo del pulso medio y sólo en unos pocos púlsares. Este aumento indica que tardarían un millón de años en duplicar su periodo característico.

Los pulsares se han encontrado principalmente en la Vía Láctea, dentro de cerca de unos 500 años-luz del plano de la Galaxia. Cada pulsar emite durante cerca de cuatro millones de años; después de este tiempo pierde tanta energía rotacional que no puede producir pulsos de radio detectables.

Se han encontrado pulsares en cúmulos globulares, formados por la acreción de materia en estrellas enanas blancas en sistemas binarios. Otros pulsares nacen en explosiones de supernovas.

Objetos distantes.

Fotos de objetos distantes a traves de lentes gravitacionales

Si un punto brillante lejano, por ejemplo un quasar, es observado cuando una gran masa se interpone entre éste y el observador, la desviación de los rayos de luz generan un efecto lente. El resultado es que, justo como ocurre con una lente óptica, la luz se enfoca y el objeto se ve más brillante. También pueden aparecer imágenes multiples del mismo objeto.

Una galaxia masiva produce la curvatura del espacio a su alrededor, lo cual hace que la luz se desvíe. Si esta galaxia no se observa porque tiene poco brillo, o si lo que tenemos es un cuerpo masivo que no emite luz, el efecto de lente gravitacional nos permite la detección de materia oscura, revelada por las imágenes múltiples de la fuente de luz lejana.

El arco en Abell 370 fue el primero en ser descubierto, en 1985. Ambos lados presentan la misma distribución de energía y, por lo tanto, ambos pertenecen a la misma estructura. Se trataba de una galaxia joven, relativamente cercana. Todos estos resultados confirman que el arco en Abell 370 se debe a una lente gravitacional que altera la radiación de una galaxia cercana.

Está claro que la observación de estos arcos gigantes en distantes cúmulos de galaxias ha abierto nuevos campos de investigación del fenómeno de lentes gravitacionales. Podemos imaginar a los astrofísicos usando ricos cúmulos de galaxias como telescopios gravitacionales para investigar objetos más distantes.

Púlsar en el Cangrejo.

Foto de un Púlsar en la Nebulosa del Cangrejo

Se han encontrado pulsares en cúmulos globulares, formados por la acreción de materia en estrellas enanas blancas en sistemas binarios. Otros pulsares nacen en explosiones de supernovas. El que nos muestra la imagen del Hubble se encuentra localizado en la Nebulosa del Cangrejo

Fotos de Quásares.

Fotos de Quásares

Los primeros quásares, descubiertos a finales de 1950, fueron identificados como fuentes de una intensa radioemisión. En 1960 los astrónomos observaron objetos cuyos espectros mostraban unas líneas de emisión que no se podían identificar. En 1963, el astrónomo estadounidense de origen holandés Maarten Schmidt descubrió que estas líneas de emisión no identificadas en el espectro del quásar 3C 273 eran líneas ya conocidas pero que mostraban un desplazamiento hacia el rojo mucho más fuerte que en cualquier otro objeto conocido.

Una causa del desplazamiento hacia el rojo es el efecto Doppler, que desplaza la longitud de onda de la luz emitida por los objetos celestes hacia el rojo (mayor longitud de onda) cuando los objetos se alejan de la Tierra. Objetos distantes como las galaxias se apartan de la Tierra a causa de la expansión del Universo. Por su desplazamiento hacia el rojo, los astrónomos pueden calcular la velocidad de ese alejamiento.

A finales de la década de 1980, se habían identificado varios miles de quásares y se había determinado el desplazamiento hacia el rojo de unos cientos de ellos. Si consideramos que el desplazamiento hacia el rojo está realmente provocado por el alejamiento de la galaxia, estos quásares se estarían alejando a una velocidad de más del 93% de la velocidad de la luz. De acuerdo con la ley de Hubble, su distancia sería, por tanto, de más de 10.000 millones de años luz y su luz habría estado viajando prácticamente durante toda la existencia del Universo. En 1991, investigadores del Observatorio Monte Palomar descubrieron un quásar a una distancia de 12.000 millones de años luz. Algunos quásares producen más energía que 2.000 galaxias. Uno de ellos, el S50014 + 81, puede ser 60.000 veces más brillante que nuestra Vía Láctea.

Lente Gravitacional.

Fotos de Astronomia: Lente gravitacional

Las lentes gravitacionales son un fenómeno astronómico predicho por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. De acuerdo con esta teoría, los objetos del espacio con suficiente masa pueden actuar como lentes para la luz que proviene de objetos más distantes y que se encuentran en la misma dirección que un observador de la Tierra.

Las primeras lentes gravitacionales las descubrió en 1979 el astrónomo británico Dennis Walsh. Desde entonces se han venido utilizando.

Quásar 3C 273.

Fotos del Universo: quásar 3C 273

La cámara ACS (Advanced Camera for Surveys) instalada en el Telescopio Espacial Hubble, ha mostrado esta imagen del quásar 3C 273, emplazado a unos 3.000 millones de años-luz en Virgo. El coronógrafo fue utilizado para bloquear la brillante luz emitida desde la zona central, revelando así la notable complejidad de la galaxia en que se hospeda.

Los rasgos de las galaxias que albergan un quásar resultan oscurecidos por la potentísima radiación emitida desde el núcleo. No obstante, en esta ocasión han podido ser claramente observados. La ACS ha logrado desvelar el penacho espiral que envuelve al quásar, una rojiza franja de polvo y varios cúmulos de materia, así como un arco azulado a lo largo de la trayectoria del jet arrojado desde el quásar, detalles jamás observados con claridad anteriormente.

La imagen de la izquierda, tomada por la WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2), muestra el resplandor del quásar, pero poco más. Los picos de difracción demuestran que se trata de una fuente puntual de luz, como una estrella, debido al compacto ingenio central que alimenta la galaxia: un agujero negro. Una vez que la intensa luz central ha sido bloqueada, la galaxia huésped aparece ya ante nuestra vista gracias al tremendo poder del coronógrafo.

Se acepta comúnmente que los quásars son colosales agujeros negros supermasivos que asimilan el material procedente del torbellino de polvo y gas que se arremolina a su alrededor. La ACS facilitará la tarea de comprender qué clase de actividad galáctica alimenta un agujero negro supermasivo para que la galaxia se "encienda" originando un quásar.

El fondo del Universo.

Fotos del Cosmos: el límite del Universo

El Telescopio Espacial Hubble muestra el retrato más profundo del universo visible jamás obtenido por la Humanidad. Este ha recibido el nombre de Campo Ultraprofundo del Hubble y para su realización se ha empleado una exposición de más de un millón de segundos, lo cual ha constituido 400 órbitas del telescopio espacial en torno a la Tierra. La imagen revela las primeras galaxias que emergieron de las llamadas "edades oscuras", los cuerpos que comenzaron a calentar el frío y oscuro Universo poco tiempo después del Big Bang.

Se aprecian multitud de galaxias que conformaban el Universo cuando éste era más joven y caótico. Los colores azules y verdes corresponden a aquellos colores visibles por el ojo humano, tales como estrellas jóvenes, azules y calientes o el brillo de estrellas de tipo solar en los brazos espirales de las galaxias. El rojo representa a los objetos visibles en radiación infrarroja, tales como galaxias rodeadas de nubes de polvo.

Se estima que el Campo Ultraprofundo contiene unas 10000 galaxias. En las imágenes obtenidas por telescopios situados en la Tierra el campo celeste en el que se encuentran dichas galaxias se aprecia como un vacío. La zona estudiada es tan sólo una décima parte del diámetro angular de la Luna llena y se encuentra en la constelación de Fornax, una región situada al Sur de la constelación de Orión.

Sistema Cygnus X-1.

Sistema binario Cygnus X-1

Con el nombre de Cygnus X-1 se designa a una fuente muy brillante de rayos X que se encuentra ubicada en la constelación del Cisne, a 8.124 años luz de la Tierra. Se trata de un sistema binario integrado por dos estrellas enlazadas de forma gravitacional. Una de ellas es una súper gigante azul, llamada HDE 226868. El otro objeto, de pequeño tamaño, es el "cadáver" de una estrella, que por su gran masa se considera que se ha convertido en un agujero negro.

La estrella HDE 226868 es 30 veces más masiva que el Sol y 400.000 veces más brillante. Por su parte, el agujero negro posee entre 5 y 10 veces la masa del Sol. Ambos objetos conforman el sistema Cygnus X-1, que fue descubierto por el satélite de rayos X Uhuru a principios de la década de 1970.

Como ocurre en cualquier sistema binario de rayos X, el agujero negro no es el que emite los rayos X, sino la materia que está a punto de caer en él. Dicha materia está formada por gas y plasma, y forma un disco que orbita alrededor del agujero negro alcanzando temperaturas de millones de grados kelvin.

En el sistema Cygnus X-1 también se pueden observar varias columnas de materia que colisionan con el medio interestelar dando lugar a un arco de emisión en el óptico. Para generar dicho arco, estos chorros de materia deben contar con una potencia de 20.000 veces la potencia de nuestro Sol.

Cúmulo 47 Tucanae.

Cúmulo globular 47 Tucanae

A 16.700 años luz de la tierra se encuentra el cúmulo globular 47 Tucanae. También llamado NGC 104, o sencillamente 47 Tuc, se halla ubicado en la constelación Tucana. Posee un diámetro de alrededor de 120 años luz, y puede verse a simple vista, con una magnitud visual de 4,0. Cuenta con el número 47 en la designación de Flamsteed.

Los cúmulos globulares son gigantes nubes esféricas formadas por estrellas viejas que se mantienen unidas por la gravedad. Se encuentran girando alrededor de los núcleos de las galaxias, de la misma forma que los satélites orbitan en torno a la Tierra.

El cúmulo 47 Tucanae está formado por millones de estrellas, y muchas de las que se hallan en su núcleo poseen propiedades inusuales. El estudio de los objetos que se encuentran en este tipo de cúmulos es vital para comprender cómo se forman e interaccionan.

El cúmulo globular 47 Tucanae fue descubierto por el astrónomo francés Nicolas Louis de Lacaille en el año 1751. Se trata del segundo cúmulo globular más brillante que existe, por detrás de Omega Centauro. Sus principales características son que posee un intenso brillo y que cuenta con un núcleo muy denso.

Para poder localizar el cúmulo 47 Tucanae hay que buscar la estrella amarilla Hydri y movernos 5 grados al norte, en el hemisferio sur. Lo veremos formando un paralelogramo con las estrellas eta Tucanae, theta Tucanae y SAO 255631.

En el interior del cúmulo 47 Tucanae se han detectado 22 pulsares que emiten señales en milésimas de segundo.

Cúmulo estelar M11.

Cúmulo estelar abierto M11, Pato Salvaje

En la constelación de Scutum o del Escudo, a 5.500 años luz de distancia de la Tierra, se halla el cúmulo estelar abierto NGC 6705 o M11. También se le conoce como cúmulo del Pato Salvaje, porque su forma triangular se parece a una bandada de patos. Se encuentra a medio camino entre las constelaciones de El Águila y Sagitario, y tiene una edad aproximada de 220 millones de años.

M11 fue descubierto en el año 1681 por el astrónomo alemán Gottfried Kirch, y en el año 1764 Charles Messier lo incorporó a su catálogo de objetos astronómicos. Cuenta con alrededor de 2.900 estrellas parecidas a nuestro Sol, pero algunas de ellas son muy variables. Predominan las estrellas blancas y azules, aunque también se pueden ver algunas rojas y amarillas.

El cúmulo M11 se aleja de nuestro Sistema Solar a una velocidad cercana a los 22 kilómetros por segundo. En su interior se han descubierto hasta ahora 82 estrellas variables, y en la zona que le rodea existen muchas estrellas binarias y varios púlsares, que podrían formar parte del cúmulo.

En los próximos cientos de millones de años, las estrellas que forman parte del cúmulo del Pato Salvaje irán dispersándose. Las más azules se quedarán sin energía y se convertirán en gigantes, muriendo en forma de nebulosas planetarias o enanas blancas. El resto de las estrellas, que poseen una masa mucho menor, terminarán dispersándose por la galaxia.

El cúmulo estelar abierto M11 es uno de los preferidos de los aficionados a la astronomía, ya que esta espectacular concentración triangular de diminutas estrellas ofrece todo un mundo de posibilidades con tan sólo contemplarla con un simple telescopio de pocos aumentos.

Quásar energético.

El quásar más potente conocido, SDSS J1106+1939

En diciembre del año 2012, y gracias al telescopio VLT (Very Large Telescope), se descubrió el quásar con la salida más energética que se había visto hasta ahora. Posee una fuerza cinco veces mayor que cualquier otra observada hasta la fecha.

El telescopio VLT pertenece al Observatorio Europeo del Sur (ESO) y está ubicado en el cerro Paranal, una montaña situada en el desierto de Atacama, al norte de Chile.

Esta potentísima salida energética se encuentra a unos mil años luz de un agujero negro súper masivo, justo en el centro del quásar SDSS J1106+1939, que se mueve a una velocidad de 8.000 kilómetros por segundo. El tipo de energía que expulsa a alta velocidad es como mínimo equivalente a dos millones de millones de veces la potencia de salida del Sol. Más concretamente, es aproximadamente 100 veces mayor que la potencia total de la galaxia de la Vía Láctea.

Ésta ha sido la primera vez que se ha medido el flujo de salida de un quásar. A través de simulaciones teóricas realizadas se ha llegado a la conclusión de que el impacto de estos flujos en las galaxias que los rodean puede llegar a resolver algunos de los enigmas de la astronomía moderna. Entre otros, cómo está vinculada la masa de una galaxia a la masa de su agujero negro central, o porqué existen tan pocas galaxias grandes en el universo.