El agujero negro de masa intermedia M82 X-1 tiene 400 masas solares

La fuente de rayos X más brillante de la galaxia M82, llamada M82 X-1, es un agujero negro de masa intermedia, unas 400 M☉ (masas solares). Había modelos teóricos que afirmaban que su masa era de unas 20 M☉ y otros que estaba entre 100 y 10.000 M☉. Se publican en Nature las estimaciones más fiables de su masa, por un lado 428 ± 105 M☉, y por otro 415 ± 63 M☉ (la diferencia depende del método usado para determinar su masa).

El artículo técnico es Dheeraj R. Pasham et al., “A 400-solar-mass black hole in the galaxy M82,” Nature, AOP 17 Aug 2014.

La masa de un agujero negro se puede estimar a partir de las oscilaciones de la emisión de rayos X de su disco de acreción de materia. Para interpretar estas oscilaciones hay que usar la teoría general de la relatividad (porque proviene de objetos muy próximos a su horizonte de sucesos). Según esta teoría se espera observar en el espectro de Fourier de las oscilaciones de la señal de rayos X dos picos con una frecuencia entre 1 y 16 Hz que tengan una relación 3:2.

Gracias al observatorio espacial de rayos X Rossi de la NASA (RXTE por Rossi X-ray Timing Explorer) se han observado dos picos centrados en 3,32 ± 0,06 Hz (con valor Q > 27) y en 5,07 ± 0,06 Hz (con Q > 40), consistente con la relación 3: 2. La significación estadística de esta observación es mayor que 4,7 σ (desviaciones típicas). Recuerdo que el factor de calidad (valor Q) del pico de una resonancia es el cociente entre la frecuencia de un pico y su anchura.

Por supuesto, aunque es muy poco probable porque el campo de visión estudiado es pequeño (1° × 1°) la señal podría provenir de dos púlsares perfectamente alineados en dirección hacia la Tierra. Según los autores este hecho es muy improbable por varias razones (no entraré en detalles). Por ello consideran que la señal observada corresponde a un único agujero negro (M82 X-1) lo que permite estimar su masa y su espín.

Esta figura muestra el resultado calculado para tres valores de la frecuencia de observación (37, 120 y 210 MHz). Las mediciones de la masa de M82 X-1 presentan grandes incertidumbres pero sugieren que su masa es intermedia (alrededor de 400 masas solares) y que está acretando materia cerca del límite de Eddington. Los autores afirman en su artículo que se trata de la medición más precisa hasta hoy de la masa de un agujero negro de masa intermedia.

¿Por qué es importante haber confirmado que M82 X-1 es un agujero negro de masa intermedia? Se cree que los agujeros negros de masa intermedia deben ser claves para entender la formación de los agujeros negros supermasivos que se observan en el centro de la mayoría de las galaxias. Para ello es necesario observar una población de agujeros negros con masas intermedias entre 100 y 100.000 masas solares. En 2012 se observó un agujero negro de masa intermedia con unas 20.000 masas solares en la galaxia ESO 243-49 (a unos 290 millones de años luz de la Tierra). Poco a poco la población de agujeros negros de masa intermedia crecerá hasta que podamos deducir conclusiones claras sobre cómo evolucionaron los monstruos que habitan en el centro de las galaxias.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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