Astronomía

Masa de agujeros negros en comparación con la estrella madre

Masa de agujeros negros en comparación con la estrella madre


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¿Cuál es el rango de porcentaje de masa de la estrella madre que queda en un agujero negro estelar directamente después de su formación?

¿Qué factores determinan este número para un caso específico?


No existe un consenso general al respecto. Los diferentes modelos evolutivos dan resultados diferentes. Los factores (además de la masa inicial de la estrella) que afectan la masa final del agujero negro serían la tasa de rotación del progenitor, su composición (o metalicidad) y si estaba en un sistema binario o no y si ese sistema binario fue capaz de transferir masa.

Se cree que la rotación es importante porque afecta la mezcla interna y, por lo tanto, la velocidad a la que se suministra combustible al núcleo y la rata a la que el material procesado llega a la superficie, lo que afecta la composición atmosférica. También puede mejorar la pérdida de masa.

La composición es importante porque la pérdida de masa es impulsada por la radiación y las opacidades radiativas son más altas para las composiciones de alta metalicidad.

Un conjunto de cálculos de Heger et al. (2003) son una de las obras canónicas sobre este tema. A continuación se muestra un gráfico de masa inicial versus masa remanente para estrellas con abundancia primordial del Big Bang (metalicidad inicial cero) y luego lo mismo nuevamente para estrellas de metalicidad solar.

La relación entre la línea roja y la línea de puntos "sin pérdida de masa" da la fracción que está buscando. En las estrellas de metalicidad cero (primordiales) aumenta del 10 al 40% para las masas iniciales de 25 a 100 masas solares y es quizás incluso mayor para las estrellas supermasivas de población III. (Subrayo que estos son resultados teóricos).

Para las estrellas de metalicidad solar, los resultados son un poco diferentes. La relación entre la línea roja y la línea punteada varía del 10-25% para 25-40 masas solares, pero entonces no está claro si los agujeros negros pueden incluso formarse en masas aún mayores debido a las tasas de pérdida de masa mucho más altas (ver el diferencia entre la línea de puntos y la curva azul).


Su pregunta se refiere a la formación de agujeros negros de masa estelar, que se forman como resultado de una explosión de supernova Tipo II o Tipo Ib. Esto ocurre cuando el núcleo de una estrella masiva colapsa por su propia gravedad, impulsando una rápida liberación de energía a través de reacciones nucleares. Esto imparte una tremenda cantidad de energía en forma de fotones y neutrinos al resto de la estrella, lo que, como resultado, hace explotar la estrella. Esta región del núcleo se convierte en una estrella de neutrones o, cuando la masa de esta región del núcleo es lo suficientemente alta, colapsa directamente en un agujero negro. Si bien las estrellas que pueden explotar a través de este canal son raras en la Vía Láctea, es decir, en comparación con estrellas como nuestro Sol, es probable que haya ~ miles de millones de estrellas de neutrones y agujeros negros de masa estelar que se han formado a través de este proceso.

Las estrellas que explotan como supernova son de hecho masivas, con masas de al menos ~ 8 veces la masa del Sol. Aquellos que producen agujeros negros en el centro son incluso más altos, generalmente por encima de ~ 20 masas solares más o menos (este número es controvertido ... algo de la física nuclear en estos entornos extremos es incierto).

La figura 2 de este documento podría arrojar algo de luz (…) sobre su pregunta. Este documento ejecutó un conjunto de modelos de evolución estelar para rastrear cuánta masa fue expulsada durante la explosión y cuánta masa quedó después de la explosión. El eje horizontal da la masa original de la estrella (en unidades de la masa del Sol, por ejemplo, un valor de 10 significa 10 veces la masa del Sol), y los círculos sólidos identifican la masa final del remanente sobrante, que es ya sea una estrella de neutrones o un agujero negro. El eje vertical da la masa del remanente. Lamentablemente, decidieron usar el espacio logarítmico para el eje vertical, aunque el rango es solo de un solo orden de magnitud. Entonces, para obtener la cantidad real de masa, debes deshacer el logaritmo en base 10. Por ejemplo, si un punto negro tuviera un valor de 0,3 en el eje vertical, la masa del remanente sería 10 ^ (0,3) = 2,0 veces la masa del Sol. Un valor de 0,6 sería 10 ^ (0,6) = 3,98 veces la masa del Sol, etc. Consideraron varios mecanismos diferentes para la explosión en masas más altas (recuerde, las cosas se vuelven más inciertas cuanto más grande se vuelve la estrella), razón por la cual algunos valores horizontales tienen múltiples puntos negros. Si tiene curiosidad, las explosiones más débiles pueden permitir que parte del material vuelva a caer sobre el remanente, lo que da como resultado un punto negro que está más arriba en la trama.

Independientemente, puede ver que, por ejemplo, una estrella de 20 masas solares crea un remanente de 10 ^ (0.3) = 2 masas solares. Una estrella de 30 masas solares podría crear un remanente que tenga entre 2 y 4 veces la masa del Sol. En todos los casos, se pierde la mayor parte de la masa original de la estrella.

También puede echar un vistazo a los gráficos de este documento. Parece que este papel hizo un trabajo un poco más cuidadoso. Sin embargo, cualquiera de los dos papeles le ofrece una imagen básica.

(Aparte: la Figura 2 es para estrellas de 'metalicidad solar', que significa 'estrellas que puede encontrar en la Vía Láctea'. La Figura 1 es para estrellas que se habrían formado en el Universo temprano, antes de que hubiera una cantidad considerable de elementos más allá del helio. sido formado.)


Agujeros negros de masa intermedia

Las firmas dinámicas y de acreción apuntan a una fracción alta de 10 9 –10 10 M galaxias que albergan agujeros negros con METROBH∼ 10 5 M. Por el contrario, no hay detecciones sólidas de agujeros negros en cúmulos globulares.

Hay pocas restricciones de observación sobre los agujeros negros en cualquier entorno con METROBH ≈ 100–10 4 M.

Considerando galaxias de baja masa con masas dinámicas de agujeros negros y límites restrictivos, encontramos que el METROBH–Σ* La relación continúa inquebrantable con METROBH ∼10 5 M, aunque con una gran dispersión. Creemos que la dispersión está impulsada, al menos parcialmente, por una amplia gama de masas de agujeros negros, porque la fracción de ocupación parece ser relativamente alta en estas galaxias.

Doblamos las relaciones de escala observadas con nuestros límites empíricos en la fracción de ocupación y la función de masa de la galaxia para poner límites de observación en la función de masa del agujero negro en los núcleos de las galaxias.

Somos pesimistas de que las observaciones demográficas locales de los núcleos de galaxias por sí solas podrían restringir los mecanismos de siembra, aunque las funciones de luminosidad de alto corrimiento al rojo o las mediciones robustas de agujeros negros fuera del núcleo podrían comenzar a discriminar modelos.


El agujero negro cercano Cyg X-1 es más masivo de lo que se pensaba

Un nuevo estudio sugiere que uno de los agujeros negros más cercanos a la Tierra, y el primero detectado, está más lejos y es más masivo de lo que pensábamos.

El estudio & # 8211 publicado el 18 de febrero de 2021 en la revista revisada por pares Ciencias & # 8211 dice que Cygnus X-1 está a unos 7.200 años luz de la Tierra, un 20% más lejos de lo que los astrónomos habían creído anteriormente. Antes de las nuevas mediciones del estudio, se creía que el agujero negro estaba a unos 6.100 años luz de distancia y era 15 veces la masa del sol. Con un aumento en la distancia, ahora se cree que Cygnus X-1 es un 50% más grande que las estimaciones anteriores. Eso haría que este agujero negro tenga aproximadamente 21 veces la masa de nuestro sol.

Las nuevas mediciones hacen de Cygnus X-1 el agujero negro de masa estelar más masivo jamás encontrado sin el uso de ondas gravitacionales.

El concepto del artista # 8217 muestra a un compañero estelar (en azul) perdiendo gas en el agujero negro Cygnus X-1. Esta interacción entre el compañero y el agujero negro es lo que produce radiación. Esa radiación es lo que permite a los astrónomos estudiar el agujero negro. Imagen a través de Phys.org/ Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía.

Las conclusiones del nuevo estudio provienen de nuevas observaciones de la distancia al agujero negro. Un equipo internacional de astrónomos calculó los nuevos valores después de un tiempo dedicado a observar Cyg X-1 con el Very Long Baseline Array. El Very Long Baseline Array es un radiotelescopio compuesto por 10 antenas diferentes repartidas por la mitad del mundo: desde Hawai, a lugares esparcidos por el territorio continental de los Estados Unidos, hasta las Islas Vírgenes de los Estados Unidos. El telescopio utiliza no solo sus platos de gran extensión, sino también la órbita de la Tierra alrededor del sol, como se muestra en el video a continuación. Este conjunto de telescopios puede grabar películas a intervalos de gas sobrealimentado alejándose de los agujeros negros.

Los astrónomos utilizaron medidas tomadas de Cyg X-1 y sus alrededores en 2011 y las compararon con observaciones recientes tomadas durante un período de seis días. Al observar cuánto se movieron el agujero negro y el gas y el polvo asociados en comparación con las estrellas de fondo, pudieron obtener una estimación de qué tan lejos está el agujero negro.

Las nuevas mediciones desafían lo que los astrónomos saben sobre esta clase de agujeros negros. Ilya Mandel de la Universidad de Monash y el Centro de Excelencia ARC en Descubrimiento de Ondas Gravitacionales explicaron:

Las estrellas pierden masa en el entorno que las rodea a través de los vientos estelares que se alejan de su superficie. Pero para hacer un agujero negro tan pesado, necesitamos reducir la cantidad de masa que las estrellas brillantes pierden durante su vida. El agujero negro en el sistema Cygnus X-1 comenzó su vida como una estrella aproximadamente 60 veces la masa del sol y colapsó hace decenas de miles de años. Increíblemente, & # 8217 está orbitando a su estrella compañera & # 8211 una supergigante & # 8211 cada 5 1/2 días a solo 1/5 de la distancia entre la Tierra y el sol. Estas nuevas observaciones nos dicen que el agujero negro tiene más de 20 veces la masa de nuestro sol, un aumento del 50% en las estimaciones anteriores.

Estos extremos también tienen una implicación para la velocidad de giro del agujero negro. Ahora se cree que Cygnus X-1 gira cerca de la velocidad de la luz y más rápido que cualquier otro agujero negro encontrado hasta la fecha.

Una imagen óptica del Digital Sky Survey muestra la región del agujero negro Cygnus X-1 delineada en un recuadro rojo. Cygnus X-1 se encuentra cerca de grandes regiones activas de formación de estrellas en la Vía Láctea, como se ve en esta imagen que se extiende por unos 700 años luz. Imagen a través de NASA / Digital Sky Survey.

En pocas palabras: nuevas mediciones de la distancia al agujero negro conocido como Cygnus X-1 revelan que está más lejos y, por lo tanto, más masivo de lo que se creía anteriormente.


Profundizando en el misterio de los chorros de agujeros negros

El concepto de un chorro de agujero negro no es nuevo, pero todavía tenemos mucho que aprender sobre la mezcla de partículas que se encuentran cerca de ellos. Mediante el uso del Observatorio XMM-Newton # 8217 de la ESA, los astrónomos han estado observando un agujero negro en nuestra galaxia y han encontrado algunos resultados sorprendentes.

Como sabemos, los agujeros negros de masa estelar toman materiales de estrellas cercanas. La materia de estas estrellas compañeras se aleja del cuerpo principal hacia el agujero negro e irradia una temperatura tan intensa que emite rayos X. Sin embargo, un agujero negro no siempre ingiere todo lo que se le presenta. A veces rechazan pequeñas porciones de esta masa entrante, alejándola en forma de un conjunto de potentes chorros. Estos chorros también alimentan los alrededores, liberando tanto masa como energía y # 8230 robando combustible al agujero negro.

Mediante el estudio de la composición de los chorros, los investigadores pueden determinar mejor qué se introduce en un agujero negro y qué no. A través de observaciones tomadas en la longitud de onda de radio del espectro electromagnético, hemos visto electrones desplazándose casi a la velocidad de la luz. Sin embargo, no se ha determinado claramente si la carga negativa de los electrones se complementa con sus antipartículas, positrones o, más bien, con partículas cargadas positivamente más pesadas en los chorros, como protones o núcleos atómicos. & # 8221 Con XMM- Con el poder de Newton detrás de ellos, los astrónomos han tenido la oportunidad de examinar un sistema binario de agujero negro llamado 4U1630-47 & # 8211, un candidato conocido por tener estallidos inesperados de rayos X durante segmentos de tiempo que duran entre meses y años.

“En nuestras observaciones, encontramos indicios de núcleos altamente ionizados de dos elementos pesados, hierro y níquel”, dice María Díaz Trigo del Observatorio Europeo Austral en Munich, Alemania, autora principal del artículo publicado en la revista Nature. "El descubrimiento fue una sorpresa, y una buena, ya que muestra más allá de toda duda que la composición de los chorros de los agujeros negros es mucho más rica que los electrones".

Durante septiembre de 2012, un equipo de astrónomos encabezado por el Dr. Díaz Trigo y colaboradores, observó 4U1630–47 con XMM-Newton. También respaldaron sus observaciones con observaciones de radio casi simultáneas tomadas del Australia Telescope Compact Array. A pesar de que los estudios se realizaron muy cerca unos de otros & # 8211 en solo un par de semanas & # 8211, los resultados no pudieron & # 8217t haber sido más diferentes.

Según el equipo de Trigo & # 8217, el conjunto inicial de observaciones recogió firmas de rayos X del disco de acreción, pero no hubo actividad en la banda de radio. Este es un indicador de que los chorros no estaban activos en ese momento. Sin embargo, en el segundo conjunto de observaciones, hubo actividad tanto en rayos X como en radio & # 8230 ¡los chorros se habían encendido nuevamente! Al examinar los datos de rayos X del segundo conjunto, también encontraron núcleos de hierro en movimiento. Estas partículas se movían tanto hacia como lejos de XMM-Newton & # 8211, prueba de que los iones eran parte de chorros gemelos dirigidos en direcciones opuestas. Sin embargo, eso no es todo. También hubo evidencia de núcleos de níquel apuntando hacia el observatorio.

"A partir de estas 'huellas dactilares' de hierro y níquel, podríamos mostrar que la velocidad del chorro es muy alta, aproximadamente dos tercios de la velocidad de la luz", dice el coautor James Miller-Jones del nodo de la Universidad de Curtin de la Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía en Perth, Australia.

“Además, la presencia de núcleos atómicos pesados ​​en los chorros de agujeros negros significa que la masa y la energía se están alejando del agujero negro en cantidades mucho mayores de lo que pensábamos anteriormente, lo que puede tener un impacto en el mecanismo y la velocidad a la que el agujero negro acumula materia ”, añade la coautora Simone Migliari de la Universidad de Barcelona, ​​España.

¿Nuevos descubrimientos asombrosos? Bueno & # 8230 sí. Para un agujero negro de masa estelar típico, esta es la primera vez que se detectan núcleos pesados ​​dentro de los chorros. En el presente, solo hay otro binario de rayos X que muestra firmas similares de núcleos atómicos en sus chorros, una fuente conocida como SS 433. Sin embargo, este sistema de agujeros negros se caracteriza por una tasa de acreción inusualmente alta, lo que hace que sea difícil comparar sus propiedades con las de los agujeros negros más ordinarios. & # 8221 A través de estas nuevas observaciones de 4U1630–47, los astrónomos podrán llenar los vacíos de información sobre qué causa que los chorros ocurran en los discos de acreción de los agujeros negros y qué los impulsa.

"Si bien ahora sabemos mucho sobre los agujeros negros y lo que sucede a su alrededor, la formación de chorros sigue siendo un gran enigma, por lo que esta observación es un gran paso adelante en la comprensión de este fascinante fenómeno", dice Norbert Schartel, ESA & # 8217s XMM -Científico del Proyecto Newton.


¿Una estrella gana masa para hacer un agujero negro?

Si un agujero negro son los restos de una estrella colapsada extremadamente grande, ¿cómo aumenta la gravedad de la estrella muerta para crear el agujero negro? La luz obviamente podría escapar de la gravedad de la estrella y el agujero negro está hecho de la estrella muerta pero, una vez que se crea el agujero negro, la luz ya no puede escapar. ¿La masa aumenta de alguna manera con la muerte de la estrella?

Su agujero negro estándar son, de hecho, los remanentes de una estrella colapsada extremadamente grande, con el remanente asentado en algún lugar entre 5 y 20 veces más masivo que nuestro propio sol. Sin embargo, si dejamos que la naturaleza produzca un agujero negro, el agujero negro que se produce al final de una explosión de supernova es en realidad significativamente menos masiva que la estrella que alguna vez fue.

Parte de la caída de masa entre la estrella y el agujero negro se produce en los años previos a la supernova, cuando la estrella normalmente arroja una fracción considerable de su masa. Dado que la estrella se ha expandido tanto como parte de la fase de gigante roja, solo tiene un agarre gravitacional suelto en las capas externas de su atmósfera, y el viento estelar de la estrella las aleja fácilmente de la estrella. Nuestro sol también tiene un viento estelar, y es una de las razones por las que Marte todavía está perdiendo su atmósfera en el espacio; también es la razón por la que la magnetosfera de la Tierra es una característica tan agradable de nuestro planeta que estamos protegidos de este tipo de explosión atmosférica por el sol. Sin embargo, el viento estelar del Sol arrastra muchas menos partículas con él, en comparación con una estrella gigante roja, por lo que la pérdida de masa del Sol es mucho menor de lo que sería si fuera una gigante roja.

La estrella ha perdido preventivamente parte de la masa que contenía antes de convertirse en una gigante roja, pero también hay que considerar la explosión de la supernova. Una buena parte del material que quedó dentro de la estrella se dispara hacia afuera, lo suficientemente rápido y caliente como para lanzarse hacia cualquier gas y polvo cercano y producir rayos X. En realidad, es solo el núcleo de la estrella lo que permanece y puede comprimirse en el agujero negro.

Si la masa de la estrella en realidad solo se transforma parcialmente en un agujero negro, entonces en realidad he empeorado la paradoja de tu pregunta. ¿Cómo es que la atracción gravitacional de una estrella mucho más grande (de la que la luz puede escapar) es mucho más débil que un agujero negro formado solo por una fracción de la estrella (de la cual la luz no puede escapar)?

La atracción gravitacional de un objeto grande sobre uno pequeño, en cualquier punto del espacio, solo está determinada por la masa del objeto pesado, la masa del objeto más pequeño y la distancia entre los centros de los dos objetos. Entonces, según esta lógica, si fueras un mago cósmico y reemplazaras el sol con un agujero negro de igual masa, ninguno de estos parámetros ha cambiado para los planetas. Los planetas no han cambiado su masa, o su distancia desde el centro del sistema solar donde solía estar el sol, y si el sol y el agujero negro tienen la misma masa, entonces todo el sistema es gravitacionalmente idéntico.

Obviamente, existen algunas diferencias cosméticas entre el agujero negro y la estrella en este escenario, pero gravitacionalmente hablando, las diferencias solo surgen cuando comienzas a acercarte mucho a los objetos. En la superficie de nuestro sol, que es donde la luz escapa de la estrella y fluye hacia el resto del Universo, todavía estamos a 432,700 millas (696,000 kilómetros) del centro del sol. Un agujero negro, por otro lado, es un objeto mucho más denso, por lo que puede acercarse mucho más a su centro mientras aún tiene que lidiar con toda la masa del agujero negro. Es esto densidad eso marca la diferencia entre que la luz pueda escapar o no.

Para nuestro escenario de intercambio mágico, tendría que acercarse a 2.95 kilómetros (1.83 millas) de las coordenadas que marcan el centro del Sol (o donde solía estar) antes de cruzar el horizonte de eventos, donde la luz ya no estaría capaz de escapar. Dentro de esa esfera, 3.66 millas de borde a borde, está toda la masa de nuestro sol actual, empaquetada en el espacio de un solo pinchazo, en lugar de llenar 432,700 millas de espacio.

Es el mismo escenario con el agujero negro producido al final de una supernova, el agujero negro no ha crecido en masa o no ha expandido su alcance gravitacional; es simplemente mucho más denso, por lo que usted (o la luz) pueden acercarse mucho más al centro. del agujero negro, mientras sigue siendo arrastrado por la masa completa del agujero negro. ¡Es esta combinación de proximidad y concentración de masa la que produce los extremos gravitacionales que hemos llegado a asociar con los agujeros negros!


La "colisión de agujeros negros más intensa" detectada por ondas gravitacionales podría ser en realidad una fusión de estrellas bosones

Un equipo internacional de científicos liderado por el Instituto Gallego de Física de Altas Energías y la Universidad de Aveiro, incluido un licenciado del Departamento de Física de la Universidad China de Hong Kong (CUHK), ha propuesto la colisión de dos exóticos objetos compactos conocidos como estrellas de bosones como una explicación alternativa para el origen de la señal de onda gravitacional GW190521. Las estrellas hipotéticas se encuentran entre los objetos compactos exóticos más simples propuestos y constituyen candidatos de materia oscura bien fundamentados. Dentro de esta interpretación, el equipo puede estimar la masa de una nueva partícula constituyente de estas estrellas, un bosón ultraligero con una masa miles de millones de veces menor que la del electrón. Su análisis ha sido publicado en la revista Cartas de revisión física el 24 de febrero de 2021.

El equipo está codirigido por el Dr. Juan Calderón Bustillo, ex profesor del Departamento de Física de CUHK y ahora “La Caixa Junior Leader - Marie Curie Fellow”, en el Instituto Gallego de Física de Altas Energías, y el Dr. Nicolás Sanchis -Gual, investigador postdoctoral en la Universidad de Aveiro y en el Instituto Superior Técnico (Universidad de Lisboa). Otros colaboradores vinieron de la Universidad de Valencia, la Universidad de Aveiro y la Universidad Monash. Samson Hin Wai Leong, estudiante de segundo año en CUHK, también participó.

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Predichos en la Teoría de la Relatividad General de Einstein, se originan en los eventos más violentos del Universo, llevando información sobre sus fuentes. Desde 2015, los detectores avanzados del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y Virgo han observado alrededor de 50 señales de ondas gravitacionales originadas en la coalescencia y fusión de dos de las entidades más misteriosas del Universo: los agujeros negros y las estrellas de neutrones.

En septiembre de 2020, LVC, el organismo conjunto de LIGO Scientific Collaboration y Virgo Collaboration, anunció la detección de la señal de onda gravitacional GW190521. Según el análisis de LVC, en el que el grupo CUHK dirigido por el profesor Tjonnie Li, profesor asociado del Departamento de Física de CUHK estuvo profundamente involucrado, la señal fue consistente con la colisión de dos agujeros negros de 85 y 66 veces la masa del Sun, que produjo un agujero negro final de 142 masas solares. Este último fue el primer miembro encontrado de una nueva familia de agujeros negros: los agujeros negros de masa intermedia. Según el profesor Tjonnie Li, este descubrimiento fue de suma importancia porque estos agujeros negros se habían considerado durante mucho tiempo el eslabón perdido entre los agujeros negros de masa estelar que se forman a partir del colapso de las estrellas y los agujeros negros supermasivos que se esconden en el centro de casi cada galaxia.

A pesar de su importancia, la observación de GW190521 plantea un enorme desafío para la comprensión actual de la evolución estelar, porque uno de los agujeros negros fusionados tiene un tamaño "prohibido". La explicación alternativa propuesta por el equipo aporta una nueva dirección al estudio. El Dr. Nicolás Sanchis-Gual explicó: “Las estrellas bosones son objetos casi tan compactos como agujeros negros pero, a diferencia de ellos, no tienen una superficie o un horizonte de eventos sin retorno. Cuando chocan, forman una estrella de bosones que puede volverse inestable, colapsando eventualmente en un agujero negro y produciendo una señal consistente con lo que LVC observó el año pasado. A diferencia de las estrellas regulares, que están formadas por lo que comúnmente conocemos como materia, las estrellas de bosones están formadas por bosones ultraligeros. Estos bosones son uno de los candidatos más atractivos para constituir materia oscura que forma alrededor del 27% del Universo ".

El equipo comparó la señal GW190521 con simulaciones por computadora de fusiones de estrellas de bosones y descubrió que en realidad explican los datos un poco mejor que el análisis realizado por LVC. El resultado implica que la fuente tendría propiedades diferentes a las indicadas anteriormente. El Dr. Juan Calderón Bustillo dijo: “Primero, ya no estaríamos hablando de la colisión de agujeros negros, lo que elimina el problema de lidiar con un agujero negro prohibido. En segundo lugar, debido a que las fusiones de estrellas de bosones son mucho más débiles, inferimos una distancia mucho más cercana que la estimada por LVC. Esto conduce a una masa mucho mayor para el agujero negro final, de unas 250 masas solares, por lo que el hecho de que hemos sido testigos de la formación de un agujero negro de masa intermedia sigue siendo cierto ".

El profesor Toni Font, de la Universidad de Valencia y uno de los coautores, explicó que aunque el análisis tiende a favorecer "por diseño" la hipótesis de la fusión de los agujeros negros, los datos prefieren ligeramente una fusión de estrellas de bosones, aunque en de una manera no concluyente. A pesar de que el marco computacional de las simulaciones de estrellas de bosones actuales es todavía bastante limitado y está sujeto a mejoras importantes, el equipo desarrollará un modelo más evolucionado y estudiará observaciones de ondas gravitacionales similares bajo el supuesto de fusión de estrellas de bosones.

Según otro coautor, el profesor Carlos Herdeiro de la Universidad de Aveiro, el hallazgo no solo involucra la primera observación de estrellas bosónicas, sino también la de su bloque de construcción, una nueva partícula conocida como bosón ultraligero. Estos bosones ultraligeros se han propuesto como componentes de lo que conocemos como materia oscura. Además, el equipo puede medir la masa de esta supuesta nueva partícula de materia oscura y se descarta un valor de cero con gran confianza. Si se confirma mediante el análisis posterior de GW190521 y otras observaciones de ondas gravitacionales, el resultado proporcionaría la primera evidencia observacional de un candidato de materia oscura buscado durante mucho tiempo.

Samson Hin Wai Leong, estudiante que se incorporó al programa de pasantías de investigación de verano de CUHK, agregó: “Trabajé con el profesor Calderón Bustillo en el diseño del software de este proyecto, que aceleró con éxito los cálculos del estudio, y finalmente logramos capaz de publicar nuestros resultados inmediatamente después de que LVC publicara su análisis. Es emocionante trabajar en la frontera de la física con el equipo multicultural y pensar en buscar un origen 'más oscuro' de las ondas en el espacio-tiempo, al mismo tiempo que se demuestra la existencia de una partícula de materia oscura ".

Referencia: & # 8220GW190521 como fusión de estrellas de Proca: un nuevo bosón vectorial potencial de 8,7 × 10 −13 eV & # 8221 por Juan Calderón Bustillo, Nicolas Sanchis-Gual, Alejandro Torres-Forné, José A. Font, Avi Vajpeyi, Rory Smith, Carlos Herdeiro, Eugen Radu y Samson HW Leong, 24 de febrero de 2021, Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.081101


Los agujeros negros supermasivos controlan la formación de estrellas en grandes galaxias

Las galaxias jóvenes se encienden con nuevas estrellas brillantes que se forman a un ritmo rápido, pero la formación de estrellas finalmente se apaga a medida que evoluciona una galaxia. Un nuevo estudio, publicado el 1 de enero de 2018, en Naturaleza, muestra que la masa del agujero negro en el centro de la galaxia determina qué tan pronto ocurre esta "extinción" de la formación estelar.

Cada galaxia masiva tiene un agujero negro supermasivo central, más de un millón de veces más masivo que el sol, que revela su presencia a través de sus efectos gravitacionales sobre las estrellas de la galaxia y, a veces, alimenta la radiación energética de un núcleo galáctico activo (AGN). Se cree que la energía que se vierte en una galaxia desde un núcleo galáctico activo detiene la formación de estrellas al calentar y disipar el gas que de otro modo se condensaría en estrellas a medida que se enfriara.

Esta idea ha existido durante décadas, y los astrofísicos han descubierto que las simulaciones de la evolución de las galaxias deben incorporar la retroalimentación del agujero negro para reproducir las propiedades observadas de las galaxias. Pero hasta ahora ha faltado evidencia de observación de una conexión entre los agujeros negros supermasivos y la formación de estrellas.

"Hemos estado marcando la retroalimentación para hacer que las simulaciones funcionen, sin saber realmente cómo sucede", dijo Jean Brodie, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y coautor del artículo. "Esta es la primera evidencia de observación directa en la que podemos ver el efecto del agujero negro en la historia de formación de estrellas de la galaxia".

Los nuevos resultados revelan una interacción continua entre la actividad de los agujeros negros y la formación de estrellas a lo largo de la vida de una galaxia, que afecta a cada generación de estrellas formadas a medida que la galaxia evoluciona.

Dirigido por el primer autor Ignacio Mart & iacuten-Navarro, investigador postdoctoral de la UC Santa Cruz, el estudio se centró en galaxias masivas para las que se había medido la masa del agujero negro central en estudios previos mediante el análisis de los movimientos de estrellas cerca del centro de la galaxia. . Para determinar las historias de formación estelar de las galaxias, Mart & iacuten-Navarro analizó espectros detallados de su luz obtenidos por el Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

La espectroscopia permite a los astrónomos separar y medir las diferentes longitudes de onda de la luz de un objeto. Mart & iacuten-Navarro utilizó técnicas computacionales para analizar el espectro de cada galaxia y recuperar su historial de formación estelar encontrando la mejor combinación de poblaciones estelares para ajustarse a los datos espectroscópicos. "Te dice cuánta luz proviene de poblaciones estelares de diferentes edades", dijo.

Cuando comparó las historias de formación de estrellas de las galaxias con agujeros negros de diferentes masas, encontró diferencias sorprendentes. Estas diferencias solo se correlacionaron con la masa del agujero negro y no con la morfología, el tamaño u otras propiedades galácticas.

"Para las galaxias con la misma masa de estrellas pero diferente masa de agujero negro en el centro, aquellas galaxias con agujeros negros más grandes se apagaron antes y más rápido que aquellas con agujeros negros más pequeños. Por lo tanto, la formación de estrellas duró más en aquellas galaxias con agujeros negros centrales más pequeños, "Mart & iacuten-Navarro dijo.

Otros investigadores han buscado correlaciones entre la formación de estrellas y la luminosidad de los núcleos galácticos activos, sin éxito. Mart & iacuten-Navarro dijo que eso puede deberse a que las escalas de tiempo son muy diferentes, con la formación de estrellas que ocurren durante cientos de millones de años, mientras que los estallidos de núcleos galácticos activos ocurren durante períodos de tiempo más cortos.

Un agujero negro supermasivo solo es luminoso cuando está devorando activamente materia de las regiones internas de su galaxia anfitriona. Los núcleos galácticos activos son muy variables y sus propiedades dependen del tamaño del agujero negro, la tasa de acumulación de material nuevo que cae sobre el agujero negro y otros factores.

"Usamos la masa del agujero negro como un proxy de la energía puesta en la galaxia por el AGN, porque la acreción en agujeros negros más masivos conduce a una retroalimentación más energética de los núcleos galácticos activos, lo que apagaría la formación de estrellas más rápido", explicó Mart & iacuten-Navarro.

La naturaleza precisa de la retroalimentación del agujero negro que apaga la formación de estrellas sigue siendo incierta, según el coautor Aaron Romanowsky, astrónomo de la Universidad Estatal de San José y los Observatorios de la UC.

"Hay diferentes formas en que un agujero negro puede enviar energía a la galaxia, y los teóricos tienen todo tipo de ideas sobre cómo ocurre la extinción, pero hay más trabajo por hacer para encajar estas nuevas observaciones en los modelos", dijo Romanowsky.


Los científicos encuentran un agujero negro "monstruoso" tan grande que no creían que fuera posible

Hasta ahora, los científicos no pensaban que fuera posible que un agujero negro estelar tuviera una masa mayor que 20 veces la del sol, una aproximación basada en su comprensión de la forma en que las estrellas evolucionan y mueren en la Vía Láctea.

But that assumption was metaphorically crushed in the gravity of a “monster” black hole that a group of Chinese-led international scientists discovered inside our own galaxy. The hole has a mass 70 times that of the sun, researchers said in their study published in the journal Nature.

“No one has ever seen a 70-solar-mass stellar black hole anywhere,” Joel Bregman, one of the study authors and a professor of astronomy at the University of Michigan, said in an interview. “This is the first.”

Black holes form when a star runs out of fuel and collapses on itself, creating a strong gravitational pull that prevents anything — even light — from escaping. In the process, those stars lose much of their mass, producing black holes that reflect their diminished size.

The newly discovered black hole, named LB-1 by the team of researchers who published the study, is located 15,000 light-years from earth, according to a news release. And it is huge.

“Black holes of such mass should not even exist in our Galaxy, according to most of the current models of stellar evolution,” Liu Jifeng, a professor at the National Astronomical Observatory of China, said in a news release from the Chinese Academy of Sciences. “… Now theorists will have to take up the challenge of explaining its formation.”

Previously, about two dozen black holes have been discovered and studied in our galaxy using X-ray technology that detects a bright light emitted when a black hole eats a neighboring star. While successful, this process limited scientists’ ability to find more black holes because the vast majority of them in our galaxy are not actively consuming other stars.

LB-1 was discovered by China’s Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), which has provided scientists with a new way to find the estimated 100 million black holes in the Milky Way. LAMOST enables researchers to detect black holes by first tracking stars that are orbiting something invisible to more than the naked eye, such as a black hole.

When LAMOST identified a star orbiting LB-1, the team next used the world’s largest telescopes — from the United States and Spain — to take a closer look at the system. The results, according to the news release, were “nothing short of fantastic.”

There are two kinds of black holes. Stellar black holes, like LB-1, are made from the evolution and death of stars, which rarely exceed 150 times the mass of the sun when they are born, Bregman said. There are also supermassive black holes, which almost always live in the center of galaxies and range from a million to a few billion times the mass of the sun.


Astronomers Measure Mass of Supermassive Black Hole in NGC 1097

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, or ALMA, a network of several dozen radio dishes located in the high-elevation desert of northern Chile, have measured the mass of the supermassive black hole at the center of the barred spiral galaxy NGC 1097.

In this image, the larger-scale structure of NGC 1097 is easily visible. Image credit: ESO / R. Gendler.

NGC 1097 lies in the southern constellation Fornax at a distance of only 45 million light-years. Lurking at the very center of this face-on galaxy, a supermassive black hole is gradually sucking in the matter around it. The area immediately around the black hole shines powerfully with radiation coming from the material falling in.

The distinctive ring around the NGC 1097’s black hole is bursting with new star formation. An inflow of material toward the central bar of the galaxy is causing the ring to light up with new stars. The ring is around 5,000 light-years across, although the spiral arms of the galaxy extend tens of thousands of light-years beyond it.

A team of astronomers led by Dr Kyoko Onishi of the Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI) in Japan determined that NGC 1097 harbors a black hole 140 million times more massive than our Sun. In comparison, the black hole at the center of the Milky Way is a lightweight, with a mass of just a few million times that of our Sun.

This composite image shows the barred spiral galaxy NGC 1097. By studying the motion of two molecules, astronomers were able to determine that the supermassive black hole at the center of this galaxy has a mass 140 million times greater than our Sun. Image credit: ALMA / NRAO / ESO / NAOJ / K. Onishi / NASA / ESA / Hubble Space Telescope / E. Sturdivant / AUI / NSF.

First, Dr Onishi and co-authors measured the distribution and motion of two molecules – hydrogen cyanide and formylium – near the central region of NGC 1097.

They then compared the ALMA observations to various mathematical models, each corresponding to a different mass of the supermassive black hole.

The ‘best fit’ for these observations corresponded to a black hole weighing in at about 140 million solar masses. The results are published in the

“This is the first use of ALMA to make such a measurement for a spiral or barred spiral galaxy,” said Dr Kartik Sheth of the National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Va., who is a co-author of paper about the results available online in the Diario astrofísico.

“When you look at the exquisitely detailed observations from ALMA, it’s startling how well they fit in with these well tested models.”

“It’s exciting to think that we can now apply this same technique to other similar galaxies and better understand how these unbelievably massive objects affect their host galaxies.”

“Future observations with ALMA will continue to refine this technique and expand its applications to other spiral-type galaxies,” the astronomers said.

K. Onishi et al. 2015. A Measurement of the Black Hole Mass in NGC 1097 Using ALMA. ApJ 806, 39 doi: 10.1088/0004-637X/806/1/39


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