Hace casi 40 años, los dos astrofísicosastrofísicos relativistas como Brandon Carter y Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminetambos en el Observatorio de París en aquel momento, fueron los pioneros de lo que en inglés se llama el fenómeno de De mareaDe marea evento de interrupción (o TDE), que puede traducirse como “evento de ruptura de marea”.
Como lo demuestra su publicación en la famosa revista Naturaleza en 1982, seguido de otro en Astronomía y Astrofísica En 1983, se produjo un TDE con una estrella cuya trayectoria demasiado cercana a un agujero negro supermasivo provocó que sus fuerzas de marea comprimieran la estrella hasta producir lo que llamaron un panqueque estelar – debido a la forma de la deformación provocada por estas fuerzas. La estrella podría terminar explotando y sus restos fueron tragados en parte por elestrellaestrella compacto.
Pero antes de este destino final, el materiamateria caer sobre el agujero negro debe producir una disco de acrecióndisco de acreción mismo emitiendo luzluz porque se calienta por el proceso de acreción, dando además un plasma con corrientes y campos magnéticoscampos magnéticos donde las inestabilidades relacionadas con el suministro de materia pueden conducir a tipos de equivalentes de erupciones solareserupciones solares con el plasma de nuestra estrella.
La impresión artística de un TDE. © Sincrotrón de electrones alemán
TDE estudiados con rayos X
Esta no es la primera vez que Futura habla de TDE; se observaron varios en la década anterior en particular. Pero hoy, un equipo internacional deastrónomosastrónomos del MIT, NASANASA y otras organizaciones lo acaban de dar a conocer a través de una publicación en la reconocida revista Naturaleza y que también se puede encontrar de libre acceso en arXivque un nuevo método para determinar la velocidad de rotaciónvelocidad de rotación desde agujeros negros supermasivosagujeros negros supermasivos en el corazón de los grandes galaxiasgalaxias y que coevolucionan con ellos se habían utilizado con éxito por primera vez.
El método consiste en descubrir primero un TDE observando una región de la bóveda celeste y luego seguir la evolución luminosa posterior del material de la estrella, luego tragado por el agujero negro gigante detrás del TDE. Por lo tanto, esto es lo que hicieron en primer lugar los investigadores al detectar en el dominio visible, en 2020, un TDE llamado AT2020ocn y que se produjo alrededor de mil millones.años luzaños luz de la Vía LácteaVía Láctea gracias a los instrumentos que equipan Instalación transitoria de Zwicky.
Entonces fue necesario monitorear la transmisionestransmisiones en Rayos XRayos X del disco de acreción que se formó alrededor del agujero negro supermasivo con el telescopiotelescopio Nicer X-ray (abreviatura de NeutrónNeutrón Composición interior estrella ExplorerR)) de la NASA a bordo de la Estación Espacial Internacional durante más de 200 días después de la detección de AT2020ocn.
Como se explica en el comunicado de prensa del MIT escrito por Jennifer Chu, al analizar los datos recopilados los astrofísicos extrajeron la señal que esperaban encontrar, en este caso ráfagas de rayos X aproximadamente cada 15 días durante un ciclo transitorio.
Técnicamente, la existencia de estallidos se comprende muy bien si ponemos en juego un efecto predicho a partir de la teoría de relatividad generalrelatividad general d’EinsteinEinstein hace casi un siglo, y llamó efecto Lense-Thirringefecto Lense-Thirring. Esto hace que el disco de acreción del agujero negro oscile, que más precisamente adopta una precesiónprecesióncomo se muestra en el vídeo a continuación.
Un agujero negro supermasivo arrastra el espacio-tiempo a su alrededor tras destrozar una estrella. Para obtener una traducción al francés bastante precisa, haga clic en el rectángulo blanco en la parte inferior derecha. Entonces deberían aparecer los subtítulos en inglés. Luego haz clic en la tuerca a la derecha del rectángulo, luego en “Subtítulos” y finalmente en “Traducir automáticamente”. Elija “francés”. © BlackHoleExplosions
Pero, ¿cómo se pasa de este fenómeno de precesión a la determinación de la velocidad de rotación de un agujero negro que en este caso se estima en menos del 25% de la velocidad? velocidad de la luzvelocidad de la luz ?
Comencemos con una explicación más detallada del video de arriba, que primero asume la existencia de un agujero negro supermasivo en rotación de Kerr rodeado por un disco de acreción perpendicular a su eje de rotación. Entonces, una estrella se acerca demasiado a este agujero negro desde una dirección arbitraria, de modo que el material capturado por el agujero negro después de un TDE con la estrella forma un segundo disco de acreción más cercano, pero que ya no es perpendicular al eje de rotación de el agujero negro.
Discos inmersos en el espacio impulsados por la rotación de agujeros negros
Los cálculos de la relatividad general que tienen en cuenta el efecto Lense-Thirring (ver explicaciones más detalladas sobre este tema a continuación) muestran que el espacio alrededor del agujero negro en una determinada región está “impulsado” por la rotación del agujero negro. Esto hace que el nuevo disco de acreción precese y tiende a hacer que se vuelva perpendicular al eje de giro del agujero negro, lo que eventualmente ocurre y finalmente elimina la precesión. El disco calentado, que aún emite rayos X, ya no se comporta como un faro para Nicer.
Los mismos cálculos relacionan la velocidad de precesión del disco con la de rotación del Agujero negro de KerrAgujero negro de Kerr. Sabiendo esto, los astrofísicos se propusieron encontrar un TDE para aplicar este método de determinación de la velocidad de rotación.
Vale, dirá el lector, pero estamos muy avanzados en la medición de la velocidad de rotación de los agujeros negros supermasivos…
En realidad, sí. Sabemos que el crecimiento de estas estrellas compactas se produce de la mano de las galaxias que las albergan y que existen relaciones entre la evolución de las galaxias, su contenido en gasgas utilizables para formar nuevas estrellas, por ejemplo, y la historia del crecimiento de los agujeros negros supermasivos.
Comprender mejor esta historia significa comprender mejor la de las galaxias. Sin embargo, si esencialmente hacemos crecer los agujeros negros gigantes haciendo que caigan sobre ellos corrientes frías de materia, la acreción se producirá según el disco y por tanto según la ley de conservación de la momento cinematográficomomento cinematográficola rotación de los agujeros negros aumentará con el tiempo.
Por otro lado, si hacemos que estos agujeros negros crezcan esencialmente no fusionesfusiones repetidas inducidas por fusiones de galaxias, tendremos coalescenciascoalescencias de agujeros negros con momentos cinéticos de rotación a lo largo de ejes orientados arbitrariamente entre sí. Por tanto, será más difícil obtener agujeros negros supermasivos que giren rápidamente. Claramente, con estadísticas significativas que miden la velocidad de rotación de estos agujeros negros, podemos limitar mejor los modelos de evolución de las galaxias. Afortunadamente, para ello podremos detectar un gran número de galaxias explorando el EstratosEstratos de luz de cosmoscosmos observable en varios momentos y exhibiendo TDE en su núcleo con el Telescopio Vera Rubin.
¿Qué es el efecto Lense-Thirring?
Fue a finales de 1915 cuando Albert Einstein puso fin a su famosa teoría de la relatividad general. Blindado conecuacionesecuaciones tensorial con bosques de índices y haciendo uso de la geometría de espacios curvos de n dimensiones, la teoría parecía formidable para muchos. Cuenta la leyenda que uno de sus colegas le dijo así a Arthur Eddington, el famoso astrofísico que proporcionó la primera prueba de la teoría de la relatividad general: “ Eddington, debes ser uno de los tres hombres en la Tierra para entender la teoría de Einstein “. Ante el silencio de Sir Arthur, añadió: “ No seas modesto Eddington “, y el astrofísico responde: ” Al contrario ! ¡Estoy buscando quién podría ser este tercer hombre! ».
Ciertamente, la sentencia atribuida a Sir Arthur no era en absoluto un reflejo de la realidad porque a partir de 1916, varios físicosfísicosastrónomos y matemáticosmatemáticos Comenzó a publicar importantes trabajos sobre el tema. Primero fue Karl Schwarzschild, quien descubrió su famosa solución que contenía extensiónextensión la teoría de los agujeros negros, así como el astrónomo holandés Willem De Sitter, quien predijo lo que hoy llamamosEfecto Einstein-De SitterEfecto Einstein-De Sitter.
Unos años más tarde, dos físicos austriacos, Josef Lense y Hans Thirring, descubrieron una implicación curiosa pero lógica de la teoría de Einstein: la rotación de un objeto genera un efecto particular sobre la superficie.tiempo espacialtiempo espacial que lo rodea. De hecho, según el principio de equivalencia en el que se basa la teoría de Einstein, no es posible saber localmente si estamos en reposo en un campo de gravitacióngravitación o en un repositoriorepositorio acelerado, por ejemplo dentro de un cohetecohete.
Aún localmente, no deberíamos, en cierto modo, distinguir la aceleración experimentada por un objeto sobre un disco en rotación y la generada sobre este objeto por el campo de gravedadgravedad de un cuerpo giratorio (sin el disco) en un marco de referencia en reposo alrededor de este cuerpo. Por lo tanto, todo sucede como si el espacio y este marco de referencia estuvieran arrastrados a un movimientomovimiento de rotación, como el efecto de una tourbillontourbillon en el agua. Resulta en particular que un giroscopiogiroscopio en orbitaorbita alrededor de la Tierra sufrirá cambios en la dirección de su eje inicialmente apuntado hacia una estrella, como si estuviera en un sistema de referencia giratorio. Más precisamente, se producirá el equivalente al proceso de precesión de una peonza. Este fenómeno, conocido como efecto Lense-Thirring, finalmente se reveló mediante un experimento a bordo del satélite Gravity Probe B en 2011.
El efecto es pequeño, casi inobservable, pero constituye una predicción interesante de la teoría de la relatividad general, un efecto que incluso puede ser diferente dependiendo de las teorías métricas de la gravitación en competencia propuestas en lugar de la de Einstein. Por eso se lanzó en 2004 una misión espacial para experimentarlo.
Conferencia plenaria impartida por Jean-Pierre Luminet sobre su teoría de la Evento de interrupción de marea (o TDE) durante la Conferencia “ Ciencia en el horizonte: el telescopio del horizonte de eventos de próxima generación », 22-26 de febrero de 2021. Universidad de Harvard. Para obtener una traducción al francés bastante precisa, haga clic en el rectángulo blanco en la parte inferior derecha. Entonces deberían aparecer los subtítulos en inglés. Luego haz clic en la tuerca a la derecha del rectángulo, luego en “Subtítulos” y finalmente en “Traducir automáticamente”. Elija “francés”. © Jean-Pierre Luminet
