Rayos X 'Echoes' mapeo alrededor de agujero negro supermasivo
Un equipo internacional de astrónomos que utilizan los datos de la Agencia Europea del Espacio (ESA) por satélite XMM-Newton ha identificado una radiografía tan buscada "eco", que promete una nueva forma de estudiar los agujeros negros gigantes en galaxias distantes.
Los astrónomos que usan los datos de XMM-Newton de satélite de la Agencia Espacial Europea han encontrado una señal de rayos X tan buscada de NGC 4151, una galaxia que contiene un agujero negro supermasivo. Cuando las erupciones fuente de rayos X del agujero negro, su disco de acreción ilumina una media hora más tarde. El descubrimiento promete una nueva manera de desentrañar lo que está pasando en el barrio de estos objetos de gran alcance. Crédito: Goddard Space Flight Center de la NASA
La mayoría de las grandes galaxias albergan un agujero negro central grande que contiene millones de veces la masa del sol. Cuando los flujos de materia hacia uno de estos agujeros negros supermasivos, las luces del centro de la galaxia hacia arriba, emitiendo miles de millones de veces más energía que el sol. Durante años, los astrónomos han estado observando como "núcleos galácticos activos" (AGN) para entender mejor lo que sucede en el borde de un agujero negro monstruo.
"Nuestro análisis nos permite sondear los agujeros negros a través de una ventana diferente. Confirma algunas ideas arraigadas sobre AGN y nos da una idea de lo que podemos esperar cuando una nueva generación de telescopios espaciales de rayos X se convierte con el tiempo disponible" dijo Abderahmen Zoghbi, un investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Maryland en College Park (UMCP) y autor principal del estudio.
Una de las herramientas más importantes para los astrónomos que estudian AGN es una característica de rayos X conocida como la línea de hierro amplia, ahora considerada como la firma de un agujero negro en rotación. Átomos de hierro excitados producen los rayos X característicos de energías alrededor de 6000 a 7000 electronvoltios - varios miles de veces la energía de la luz visible - y esta emisión que se conoce como la línea K de hierro.
La galaxia NGC 4151 se encuentra a unos 45 millones de años luz de distancia en la constelación Canes Venatici. Actividad impulsado por su agujero negro central de NGC 4151 hace que una de las galaxias activas más brillantes en rayos-X. Crédito: David W. Hogg, Michael R. Blanton y el Sloan Digital Sky encuesta de colaboración
La materia que cae hacia un agujero negro se recoge en un disco de acreción giratorio, donde se comprime y se calienta antes eventual derrame sobre el horizonte de eventos del agujero negro, el punto más allá del cual nada puede escapar, y los astrónomos no pueden observar. Una fuente de rayos X misteriosa e intensa cerca del agujero negro brilla en las capas superficiales del disco, haciendo que los átomos de hierro para irradiar emisiones K-line. La parte interior del disco está en órbita alrededor del agujero negro tan rápidamente que los efectos de la relatividad de Einstein entran en juego - en particular, cómo el tiempo se ralentiza cerca del agujero negro. Estos efectos relativistas sesgar o ampliar la señal de una manera distintiva.
Los astrónomos predicen que cuando la fuente de rayos X cerca del agujero negro se encendió, la amplia línea K de hierro iluminaría después de un retraso correspondiente a la duración de los rayos X se llevaron a alcanzar e iluminar el disco de acreción. Los astrónomos llaman a la reverberación relativista proceso. Con cada toque de la fuente de rayos X, un eco de luz barre a través del disco y la línea de hierro ilumina en consecuencia.
Lamentablemente, ni por satélite XMM-Newton de la ESA ni Observatorio de rayos X Chandra de la NASA poseen telescopios lo suficientemente potentes para reverberaciones punto de llamaradas individuales.
Esta ilustración compara el ambiente alrededor del agujero negro supermasivo de NGC 4151 con las órbitas de los planetas de nuestro sistema solar, los planetas mismos no se muestran a escala. Ecos de llamaradas de rayos X detectados en los datos de XMM-Newton muestran que la fuente de rayos X (esfera azul, centro) se encuentra por encima del disco de acreción del agujero negro. El tiempo que transcurre entre las erupciones en la fuente y su reflejo en el disco de acreción coloca la fuente de rayos X sobre la distancia de cuatro veces la Tierra desde el sol. Crédito: Goddard Space Flight Center de la NASA
El equipo razonó que la detección de los ecos combinados de múltiples bengalas podría ser posible si una cantidad suficientemente grande de datos desde el objeto derecho podría ser analizado. El objeto resultó ser la galaxia NGC 4151, que se encuentra a unos 45 millones de años luz de distancia en la constelación de Canes Venatici. Como uno de los AGN brillante en rayos-X, NGC 4151 se ha observado ampliamente por XMM-Newton. Los astrónomos piensan que el núcleo activo de la galaxia es alimentado por un agujero negro pesa 50 millones de masas solares, lo que sugiere la presencia de un gran disco de acreción capaz de producir ecos especialmente larga duración y fácilmente detectable.
Desde el año 2000, XMM-Newton ha observado la galaxia con una exposición acumulada de cerca de cuatro días. Mediante el análisis de estos datos, los investigadores descubrieron numerosas ecos de rayos X, lo que demuestra por primera vez la realidad de la reverberación relativista. Los hallazgos aparecen en la edición del 08 de mayo de la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
El equipo encontró que los ecos se quedaron atrás las bengalas AGN por un poco más de 30 minutos. Moviéndose a la velocidad de la luz, los rayos X asociados con el eco que haber viajado un 400 millones de millas - que equivale a cerca de cuatro veces la distancia media entre la Tierra y el sol - que los que vinieron a nosotros directamente de la antorcha.
"Esto nos dice que la fuente de rayos X misteriosa flota AGN a cierta altura por encima del disco de acreción", dijo el co-autor Chris Reynolds, profesor de astronomía en asesor UMCP y de Zoghbi. Chorros de partículas aceleradas a menudo se asocian con AGN, y este hallazgo se engrana con las recientes sugerencias de que la fuente de rayos X puede estar ubicado cerca de las bases de estos chorros.
"Los datos muestran que el primer eco proviene de la emisión de la línea de hierro más ampliado. Esto origina desde el más cercano al agujero negro y se adapta bien a las expectativas", dijo el co-autor Andy Fabian, astrofísico de la Universidad de Cambridge en Inglaterra.
Sorprendentemente, el ambiente extremo en el centro de NGC 4151 se basa en una escala comparable a nuestro propio sistema solar. Si reemplazamos el sol con el agujero negro, el horizonte de sucesos se prolongará al menos hasta la mitad de la Tierra si el agujero negro gira rápidamente, giro lento se traduciría en un horizonte más amplio. La fuente de rayos X se sitúe por encima del agujero negro y su disco de acreción a una distancia similar a la existente entre el Sol y el centro del cinturón de asteroides.
"Burlas el eco de luz de rayos X en NGC 4151 es un logro notable. Este trabajo impulsa la ciencia de la AGN en una nueva área fundamental de la asignación de los barrios de los agujeros negros supermasivos", dijo Kimberly Weaver, un astrofísico en el Goddard Space de la NASA Flight Center en Greenbelt, Maryland, que no participó en el estudio. NASA Goddard acoge el XMM-Newton Invitado Fondo Observer, que apoya a los astrónomos estadounidenses que solicitan tiempo de observación en el satélite.
La detección de los ecos de rayos X en AGN proporciona una nueva forma de estudiar los agujeros negros y sus discos de acreción. Los astrónomos prevén la próxima generación de telescopios de rayos-X con la recolección de las áreas lo suficientemente grandes como para detectar el eco de un solo toque AGN en muchos objetos diferentes, ofreciendo así a los astrónomos una nueva herramienta para las pruebas de la relatividad y en la exploración de los alrededores de los agujeros negros masivos.