Venres 29 Marzo 2024

Como atopar os ‘elos perdidos’ da astronomía dos buracos negros

Un coñecemento máis profundo dos obxectos podería revolucionar a comprensión da física, pero a súa natureza fainos difíciles de observar

A rareza dos buracos negros déixanos perplexos. Fórmanse cando unha estrela queima todo o seu combustible nuclear e colapsa baixo a súa propia gravidade. Por iso, os buracos negros son unha rareza tan grande que, no seu momento, nin sequera Einstein pensou que fosen posibles.

Os buracos negros son rexións do espazo cunha gravidade tan intensa que nin sequera a luz escapa á súa atracción. Unha vez que as estrelas se queiman e se reducen a unha casca relativamente pequena, a súa masa concéntrase nun espazo reducido. Imaxinemos que o noso Sol, co seu diámetro de aproximadamente 1,4 millóns de quilómetros, se encolle ata converterse nun buraco negro do tamaño dunha pequena cidade de apenas seis quilómetros. Esta compactidade confire aos buracos negros unha inmensa atracción gravitatoria.

Publicidade

Son rexións cunha gravidade tan intensa que nin sequera a luz escapa á súa atracción

Non só atrapan a luz, senón que os buracos negros poden esnaquizar calquera estrela que atopen e mesmo fusionarse entre si. Acontecementos como este liberan refachos de enerxía que son detectables desde miles de millóns de anos luz.

O Premio Nobel de Física 2020 foi compartido polos científicos que descubriron un obxecto invisible no corazón da Vía Láctea que atrae ás estrelas cara a el. Trátase dun buraco negro supermasivo, ou SMBH, e ten unha masa millóns de veces superior á do noso Sol.

Cremos que no corazón de cada galaxia masiva hai un buraco negro supermasivo”, afirma o astrofísico Kenneth Duncan, do Real Observatorio de Edimburgo (Reino Unido). “Tamén cremos que desempeñan un papel moi importante na formación das galaxias, incluída a Vía Láctea”, continúa.

Monstros galácticos

Os buracos negros supermasivos son monstros gravitatorios do Universo. “Os situados no centro das galaxias poden ter entre un millón e varios miles de millóns de veces a masa do noso Sol”, explica o profesor Phillip Best, astrofísico da Universidade de Edimburgo.

Atraen gas e po da súa contorna, mesmo obxectos tan grandes como as estrelas. Xusto antes de que este material caia cara ao horizonte de sucesos do buraco negro ou punto de non retorno, móvese rapidamente e quéntase, emitindo enerxía en forma de escintileos enerxéticos. Deste proceso de inxestión poden saír potentes chorros de material que emiten ondas de radio.

“Cremos que no corazón de cada galaxia masiva hai un buraco negro supermasivo”

Estes poden detectarse na Terra mediante radiotelescopios como o europeo LOFAR, que conta con detectores no Reino Unido, Irlanda, Francia, Países Baixos, Alemaña, Suecia, Polonia e Letonia.

Duncan está a aproveitar as observacións do LOFAR para identificar os buracos negros masivos nun proxecto chamado HIZRAD. “Podemos detectar buracos negros crecentes máis atrás no tempo”, di Duncan, “co obxectivo de atopar os primeiros e algúns dos buracos negros máis extremos do Universo”.

LOFAR pode localizar mesmo buracos negros escuros. Duncan utilizou técnicas de intelixencia artificial para combinar os datos de LOFAR e os estudos dos telescopios para identificar os obxectos de interese.

Mellores instrumentos

Pronto haberá mellores instrumentos para axudar nesta tarefa. Unha mellora do telescopio William Herschel da Palma (España) permitiralle observar miles de galaxias ao mesmo tempo. Un espectroscopio chamado WEAVE ten o potencial de detectar buracos negros supermasivos e observar a formación de estrelas e galaxias.

Os sinais de radio indican que os buracos negros supermasivos existen desde o primeiro 5-10% da historia do Universo. Trátase de mil millóns de masas solares, explicou Best, que é o supervisor da investigación.

O sorprendente é que estes xigantes existían nas primeiras etapas do Universo. “Hai que meter toda esta masa nun volume moi pequeno e facelo extremadamente rápido, en termos da historia do Universo”, di Best.

Sabemos que tras o Big Bang, o Universo comezou como unha nube de materia primordial en expansión. Os estudos da radiación cósmica de fondo indican que, co tempo, os cúmulos de materia uníronse para formar estrelas. Con todo, “o proceso polo que se forma un buraco negro do tamaño de mil millóns de masas solares non se coñece do todo”, afirma Best.

Buracos negros intermedios

Mentres se estudan os SMBH, Peter Jonker, astrónomo da Universidade Radboud de Nijmegen (Países Baixos), investiga a formación de buracos negros de escala intermedia.

Está a estudar a posible existencia de buracos negros intermedios (IMBH) co proxecto imbh. Sinala que se observaron buracos negros supermasivos desde que o Universo tiña só 600 millóns de anos. Os científicos estiman que a idade total do Universo é duns 13.800 millóns de anos.

“O Universo iniciouse como unha sopa homoxénea de materia, así que… Como se obteñen cúmulos que pesan mil millóns de veces a masa do Sol en moi pouco tempo?”, pregunta Jonker.

Mentres que os buracos negros supermasivos poderían consumir estrelas similares ao sol (chamadas ananas brancas) na súa totalidade, os IMBH deberían ser o suficientemente potentes como para esnaquizalas, emitindo un escintileo de enerxía.

“O Universo iniciouse como unha sopa homoxénea de materia”

“Cando unha estrela compacta, unha anana branca, é desgarrada, só pode selo por buracos negros de masa intermedia”, explica Jonker. “Os buracos negros supermasivos cómenas enteiras”, apunta. Hai fortes indicios de que os buracos negros intermedios están aí fóra, pero aínda non hai probas.

Jonker está a buscar escintileos de enerxía intensa en raios X que indiquen a presenza dun buraco negro intermedio. O problema é que cando se detectan sinais, os intensos escintileos duran só unhas horas. Isto significa que os datos chegan demasiado tarde para poder dirixir os telescopios ópticos cara á fonte para realizar observacións.

“Isto ocorre unha vez cada 10.000 anos por galaxia, polo que aínda non vimos un na nosa Vía Láctea”, afirma Jonker.

Jonker tamén pretende observar o resultado esperado de dous buracos negros xirando e fusionándose, emitindo entón unha onda gravitacional que golpea as estrelas próximas. Con todo, para discernir a sacudida destas estrelas necesítanse potentes telescopios espaciais.

Escintileos de raios X

O satélite Gaia, lanzado en 2013, está a proporcionar algo de axuda, pero unha misión planeada chamada Euclid tomará imaxes de maior resolución e podería axudar a Jonker a demostrar que os IMBH existen. Este satélite ía ser lanzado nun foguete ruso; agora lanzarase cun lixeiro atraso nun foguete europeo Ariane 6.

Con todo, está previsto o lanzamento dun pequeno satélite —a Sonda Einstein chinesa— en 2023, que buscará escintileos de enerxía de raios X que poderían significar buracos negros intermedios. Duncan, en Edimburgo, di que a procura de buracos negros intermedios está relacionada coa súa propia investigación. “Pode axudarnos a resolver a cuestión da procedencia dos supermasivos”, afirma.

Na actualidade, os físicos baséanse na teoría cuántica e nas ecuacións de Einstein para describir o funcionamento do Universo. Con todo, estas non poden ser incuestionables, porque non encaixan ben.

“A teoría da gravidade rompe preto dos buracos negros e, se os observamos coa suficiente atención”, afirma Jonker, “esperamos atopar desviacións da teoría e avances importantes na comprensión do funcionamento da física”.


A investigación deste artigo foi financiada polo Consello Europeo de Investigación da UE. Artigo publicado orixinalmente en Horizon, a revista de Investigación e Innovación da Unión Europea.

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.

Relacionadas

Científicos galegos afondarán na conformación do Universo nun experimento con neutrinos

O IGFAE participará no deseño dun detector que interceptará feixes destas partículas para intentar explicar a asimetría entre materia a antimateria

Un novo exoplaneta desafía as teorías clásicas de formación planetaria

Un equipo de astronónomos descobre LHS 3154b, cunha masa similar a Neptuno, orbitando preto dunha estrela anana de moi baixa masa

Begoña Vila: “Atoparemos probabilidades de vida noutro planeta”

Co gallo do décimo aniversario de Gciencia, a astrofísica da NASA analiza a divulgación dos achados cósmicos e a busca de vida intelixente

A auga da chuvia non é tan limpa como parece: estes son os contaminantes que arrastra

Dous proxectos europeos, un en Bélxica e outro en Galicia, tratan de deseñar novos métodos para evitar que a contaminación chegue aos ríos e mares