24/01/2017
Científicos de la Universitat describen la materia que rodea al agujero negro supermasivo de un cuásar a casi diez mil millones de años luz
Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universitat de València ha logrado determinar las características y estructura del disco de materia situado en torno al agujero negro del cuásar de la Cruz de Einstein (un objeto lejano en el universo de gran luminosidad). La estimación, basada en observaciones con el telescopio óptico/infrarrojo más grande del mundo, el Gran Telescopio Canarias, confirma otras mediciones sobre el tamaño, temperatura y luz emitida por estos cuerpos situados a miles de millones de años luz.
La investigación, publicada en la revista científica The Astrophysical Journal, establece el tamaño del disco de materia caliente o de acreción situado en torno al agujero negro del cuásar de la Cruz de Einstein. Así, el disco de materia caliente tiene unos 6 días luz de radio (aproximadamente 32 veces la distancia de la Tierra a Plutón), y su temperatura desciende desde el centro de forma ligeramente más pronunciada que lo predicho por los modelos.
“Las estimaciones parecen indicar que los discos de acreción de los cuásares son algo mayores de lo que predicen los modelos teóricos”, apunta Héctor Vives, investigador del departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València y primer firmante del artículo.
Los cuásares son unos objetos astronómicos lejanos que emiten grandes cantidades de energía, tanta o más como la galaxia entera que los alberga. Debido a la enorme distancia a la que se encuentran, el tamaño de sus discos de acreción no se puede medir por métodos de observación habituales, por lo que se recurre al efecto de lente gravitatoria. Este fenómeno deriva de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, y está basado en la capacidad del campo gravitatorio para curvar la luz.
Entre otras conclusiones de este trabajo, Héctor Vives destaca que la región del cuásar que emite luz en infrarrojo medio, una acumulación de polvo en forma toroidal que rodea al disco de acreción y de un tamaño mucho mayor que éste, tiene un radio mínimo de unos 200 días luz.
Además, parte de la materia oscura (un componente invisible y de origen todavía desconocido que comprende el 80% de la masa del universo) en las regiones centrales de la galaxia lente podría estar concentrada en forma de satélites o subhalos, como predicen las simulaciones por ordenador. Estos subhalos, que comprenderían el 10% de la masa total del halo de las galaxias, suponen una de las predicciones aún no comprobadas del modelo cosmológico estándar.
La Cruz de Einstein es un sistema en el que la gravedad de una galaxia cercana desvía la luz de un cuásar lejano, actuando como lente gravitacional y haciendo que se formen cuatro imágenes del mismo. La luz de estas imágenes ha atravesado la región central (el bulbo) de la galaxia cercana, y su gran cantidad de estrellas también producen un efecto lente adicional. Ello provoca parpadeos en el brillo de las imágenes, que son más pronunciados cuanto más pequeño es el objeto que emite la luz.
“Además, como la temperatura del disco de acreción del cuásar aumenta hacia su centro, y un objeto más caliente emite luz en longitudes de onda más cortas, su tamaño aparente es distinto según la longitud de onda observada. Esto permite medir cómo desciende la temperatura desde el centro”, destaca Héctor Vives.
Así, en este estudio, el equipo investigador simuló los cambios de brillo producidos por el efecto lente de las estrellas para distintos tamaños del disco y perfiles de temperatura y calculó la probabilidad bayesiana de reproducir en cada caso las observaciones con el Nordic Optical Telescope (NOT). Para este cálculo es necesario separar qué parte de las diferencias de brillo entre las cuatro imágenes del cuásar se debe al efecto de las estrellas y cuál al de la masa global de la galaxia lente. Con esta finalidad, el equipo utilizó las mediciones en el infrarrojo medio con el instrumento CanariCam en el Gran Telescopio Canarias (GTC). Al provenir de una región más grande, el efecto de lente gravitatoria provocada por las estrellas apenas tiene influencia.
Trayectoria investigadora
Esta investigación ha sido realizada por el Grupo de Lentes Gravitatorias, cuyo investigador principal es José Antonio Muñoz Lozano, profesor titular del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València. El grupo lleva estudiando desde el año 2004 las propiedades de las lentes gravitatorias y sus aplicaciones a la Astrofísica y la Cosmología con proyectos nacionales e internacionales.
Artículo:
Observations of the Lensed Quasar Q2237+0305 with CanariCam at GTC. Vives-Arias, H., Muñoz, J.A., Kochanek, C.S., Mediavilla, E. & Jimenez-Vicente, J. (2016), ApJ, 831, 43.
http://adsabs.harvard.edu/abs/2016ApJ...831...43V
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/831/1/43
La investigación, publicada en la revista científica The Astrophysical Journal, establece el tamaño del disco de materia caliente o de acreción situado en torno al agujero negro del cuásar de la Cruz de Einstein. Así, el disco de materia caliente tiene unos 6 días luz de radio (aproximadamente 32 veces la distancia de la Tierra a Plutón), y su temperatura desciende desde el centro de forma ligeramente más pronunciada que lo predicho por los modelos.
“Las estimaciones parecen indicar que los discos de acreción de los cuásares son algo mayores de lo que predicen los modelos teóricos”, apunta Héctor Vives, investigador del departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València y primer firmante del artículo.
Los cuásares son unos objetos astronómicos lejanos que emiten grandes cantidades de energía, tanta o más como la galaxia entera que los alberga. Debido a la enorme distancia a la que se encuentran, el tamaño de sus discos de acreción no se puede medir por métodos de observación habituales, por lo que se recurre al efecto de lente gravitatoria. Este fenómeno deriva de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, y está basado en la capacidad del campo gravitatorio para curvar la luz.
Entre otras conclusiones de este trabajo, Héctor Vives destaca que la región del cuásar que emite luz en infrarrojo medio, una acumulación de polvo en forma toroidal que rodea al disco de acreción y de un tamaño mucho mayor que éste, tiene un radio mínimo de unos 200 días luz.
Además, parte de la materia oscura (un componente invisible y de origen todavía desconocido que comprende el 80% de la masa del universo) en las regiones centrales de la galaxia lente podría estar concentrada en forma de satélites o subhalos, como predicen las simulaciones por ordenador. Estos subhalos, que comprenderían el 10% de la masa total del halo de las galaxias, suponen una de las predicciones aún no comprobadas del modelo cosmológico estándar.
La Cruz de Einstein es un sistema en el que la gravedad de una galaxia cercana desvía la luz de un cuásar lejano, actuando como lente gravitacional y haciendo que se formen cuatro imágenes del mismo. La luz de estas imágenes ha atravesado la región central (el bulbo) de la galaxia cercana, y su gran cantidad de estrellas también producen un efecto lente adicional. Ello provoca parpadeos en el brillo de las imágenes, que son más pronunciados cuanto más pequeño es el objeto que emite la luz.
“Además, como la temperatura del disco de acreción del cuásar aumenta hacia su centro, y un objeto más caliente emite luz en longitudes de onda más cortas, su tamaño aparente es distinto según la longitud de onda observada. Esto permite medir cómo desciende la temperatura desde el centro”, destaca Héctor Vives.
Así, en este estudio, el equipo investigador simuló los cambios de brillo producidos por el efecto lente de las estrellas para distintos tamaños del disco y perfiles de temperatura y calculó la probabilidad bayesiana de reproducir en cada caso las observaciones con el Nordic Optical Telescope (NOT). Para este cálculo es necesario separar qué parte de las diferencias de brillo entre las cuatro imágenes del cuásar se debe al efecto de las estrellas y cuál al de la masa global de la galaxia lente. Con esta finalidad, el equipo utilizó las mediciones en el infrarrojo medio con el instrumento CanariCam en el Gran Telescopio Canarias (GTC). Al provenir de una región más grande, el efecto de lente gravitatoria provocada por las estrellas apenas tiene influencia.
Trayectoria investigadora
Esta investigación ha sido realizada por el Grupo de Lentes Gravitatorias, cuyo investigador principal es José Antonio Muñoz Lozano, profesor titular del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València. El grupo lleva estudiando desde el año 2004 las propiedades de las lentes gravitatorias y sus aplicaciones a la Astrofísica y la Cosmología con proyectos nacionales e internacionales.
Artículo:
Observations of the Lensed Quasar Q2237+0305 with CanariCam at GTC. Vives-Arias, H., Muñoz, J.A., Kochanek, C.S., Mediavilla, E. & Jimenez-Vicente, J. (2016), ApJ, 831, 43.
http://adsabs.harvard.edu/abs/2016ApJ...831...43V
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/831/1/43
