Astronomía

Masa de fotones y agujeros negros

Masa de fotones y agujeros negros


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Se dice que la gravedad causada por un agujero negro es tan fuerte que ni siquiera la luz (fotones) puede escapar de él. dado que la gravedad existe solo entre los objetos con masa, ¿cómo atrae un agujero negro una masa sin fotón?


Intentaré dar una respuesta simplificada aquí.

Solíamos describir la gravedad como una fuerza que se remonta a Newton. Pero a medida que entraban en juego más y más efectos inesperados de la gravedad, tuvimos que crear una descripción mejor.

La mejor descripción que tenemos hoy, Relatividad General o GR breve, tiene ahora más de cien años (publicada por Einstein en 1915). Ha sido probado con muchos experimentos y con una precisión extremadamente alta. Me parece un poco molesto que no se enseñe en las escuelas. Bueno, el año que viene.

GR se deshace del concepto de que la gravedad es una fuerza. No hay una fuerza de banda de goma oculta que atraiga masas entre sí. En cambio, la masa modifica la forma del espacio (y el tiempo, pero dejemos eso de lado ahora). Un fotón se mueve con la velocidad de la luz y sigue una línea "recta" en el espacio. Debido a que cualquier masa modifica el espacio, la línea ya no se verá recta en el sentido normal. Seguirá la línea "recta" modificada en el espacio a medida que se crea la masa.

Un fotón que pasa por una masa cambiará de dirección. Más para una gran masa y más cuando está cerca. Esto se demostró claramente por primera vez al observar las estrellas que pasan detrás del sol (se necesitó un eclipse solar para poder medirlo).

Como ya dije, GR es una descripción extremadamente buena. No es la "verdad completa", ya que hay cosas que no puede describir. Se necesitarán descripciones aún mejores, pero es difícil decir cuándo lo harán.


Físicos & # 8217 Uso de estudios de agujeros negros para medir la masa de fotones publicados en Physical Review Letters

Emanuele Berti es parte de un equipo internacional de físicos que utiliza observaciones de agujeros negros para estudiar fotones. Foto de Michelle Tseng.

OXFORD, Miss. - Un equipo global de científicos, incluido un físico de la Universidad de Mississippi, ha determinado la mejor restricción sobre la masa de fotones hasta ahora, utilizando observaciones de agujeros negros supermasivos.

Los hallazgos de la investigación aparecen en la edición de septiembre de Physical Review Letters, una de las revistas académicas revisadas por pares más prestigiosas del campo. & # 8220Bombas de agujero negro y límites de masa de fotones & # 8221 es coautor de Emanuele Berti, profesor asistente de física y astronomía de la UM, junto con sus colegas investigadores Paolo Pani, Vitor Cardoso, Leonardo Gualtieri y Akihiro Ishibashi.

PRL se encuentra entre varias publicaciones producidas por la Sociedad Estadounidense de Física y el Instituto Estadounidense de Física que describen artículos de investigación en física seleccionados para una amplia audiencia de físicos, periodistas, estudiantes y el público. Este artículo detalla cómo los científicos, que trabajan en Portugal, Italia, Japón y los EE. UU., Encontraron una forma de utilizar observaciones astrofísicas para probar un aspecto fundamental del Modelo Estándar, a saber, que los fotones no tienen masa, mejor que nadie.

& # 8220La prueba funciona así: si los fotones tuvieran masa, desencadenarían una inestabilidad que haría girar todos los agujeros negros del universo & # 8221 Berti. & # 8220Pero los astrónomos nos dicen que los agujeros negros gigantes y supermasivos en los centros galácticos están girando, por lo que esta inestabilidad no puede ser demasiado fuerte.

& # 8220 La masa del fotón, si es que tiene masa, debe ser extremadamente pequeña. & # 8221

& # 8220Los fotones ultraligeros con masa distinta de cero producirían una & # 8216bomba de agujero negro & # 8217: una fuerte inestabilidad que extraería energía del agujero negro muy rápidamente & # 8221, dijo Pani, el autor principal del artículo & # 8217. & # 8220La mera existencia de tales partículas está limitada por la observación de agujeros negros giratorios. Con esta técnica, hemos logrado restringir la masa del fotón a niveles sin precedentes: la masa debe ser cien mil millones de miles de millones de veces más pequeña que la restricción actual sobre la masa del neutrino, que es de aproximadamente dos electrón-voltios. & # 8221

Los resultados de este estudio se pueden utilizar para investigar la existencia de nuevas partículas, como las que posiblemente contribuyan a la materia oscura que es objeto de una búsqueda utilizando el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Ginebra. El CERN es el sitio donde se informó el gran descubrimiento del bosón de Higgs a principios de este año.

& # 8220Ese descubrimiento llenó uno de los vacíos más importantes en nuestra comprensión del modelo estándar de física de partículas, porque explica cómo las partículas obtienen su masa, & # 8221 Gualtieri. & # 8220Sin embargo, no todas las partículas tienen masa. La física progresa probando cada rincón de nuestras teorías comúnmente aceptadas. Entonces, si creemos que una partícula no tiene masa, es mejor que probemos esta idea con experimentos precisos.

& # 8220 Las observaciones de agujeros negros supermasivos pueden proporcionar nuevos conocimientos que no son accesibles en experimentos de laboratorio. Sin duda, esto sería emocionante. Quizás estas nuevas fronteras en astrofísica nos den una comprensión más clara del universo microscópico. & # 8221

Una simulación numérica del efecto & # 8216bomba de agujero negro & # 8217 para fotones masivos: Los diferentes colores representan diferentes amplitudes de la onda reflejada. La simulación sigue el proceso de reflexión / amplificación durante algunos ciclos. Animación de Helvi Witek.

& # 8220Paolo, Vitor, Leonardo y yo formamos parte de una red del IRSES en & # 8216Numerical Relativity and High-Energy Physics & # 8217 financiada por la Unión Europea & # 8221 Berti. & # 8220Paolo presentó una charla sobre este trabajo en la primera reunión de nuestra red que se celebró en Aveiro, Portugal en julio. Esta red se utilizará en los próximos cuatro años para fortalecer aún más nuestra colaboración. & # 8221

Pani, quien recibió el Premio Fubini del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear al mejor doctorado. tesis a nivel nacional en 2011, es investigadora postdoctoral en el Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal, con el apoyo de una beca europea Marie Curie.

& # 8220Paolo empezó a trabajar con nosotros cuando visitó Ole Miss en 2007, & # 8221 Berti. & # 8220 Hemos estado trabajando juntos en este proyecto en particular desde enero de 2012, y hasta ahora hemos sido coautores de nueve artículos. & # 8221

Ilustración esquemática del efecto & # 39bomba de agujero negro & # 39. Una onda lanzada a un agujero negro puede magnificarse al reflejarse, extrayendo energía de rotación y girando hacia abajo en el agujero negro. La masa de la partícula actúa como una "pared" para las ondas salientes (representada por la esfera circundante en esta figura), por lo que el proceso de reflexión / amplificación se repite y provoca una inestabilidad. Ilustración de Ana Sousa.

Investigador de posdoctorado en la UM antes de regresar a su Portugal natal, Cardoso es profesor en el Instituto Superior Técnico, donde su grupo cuenta con el apoyo de una prestigiosa Beca de Inicio del European Research Council. Cardoso y Berti han publicado 37 artículos juntos durante la última década.

& # 8220Gualtieri y yo fuimos Ph.D. estudiantes bajo la supervisión de Valeria Ferrari en Roma, Italia, & # 8221 Berti dijo. & # 8220 También hemos estado colaborando durante más de una década. Leonardo es ahora profesor de investigación (& # 8216ricercatore & # 8217) en Roma. & # 8221

Ishibashi trabaja en el KEK Theory Center y en el Departamento de Física de la Universidad de Kinki en Japón, donde los físicos del centro están estudiando a gran profundidad fenómenos similares al descrito en el artículo de PRL.

Este estudio fue financiado, en parte, por la Beca de la National Science Foundation No. PHY-0900735 y por la Beca CAREER No. PHY-1055103.


La mejor restricción sobre la masa de fotones, utilizando observaciones de agujeros negros supermasivos

Un equipo global de científicos, incluido un físico de la Universidad de Mississippi, ha determinado la mejor restricción sobre la masa de fotones hasta ahora, utilizando observaciones de agujeros negros supermasivos.

Los resultados de la investigación aparecen en la edición de septiembre de Cartas de revisión física. Emanuele Berti, profesor asistente de física y astronomía de la UM, es coautor de "Bombas de agujero negro y límites de masa de fotones", junto con sus colegas investigadores Paolo Pani, Vitor Cardoso, Leonardo Gualtieri y Akihiro Ishibashi.

Este artículo detalla cómo los científicos, que trabajan en Portugal, Italia, Japón y los EE. UU., Encontraron una manera de utilizar las observaciones astrofísicas para probar un aspecto fundamental del Modelo Estándar, a saber, que los fotones no tienen masa, mejor que nadie antes. .

"La prueba funciona así: si los fotones tuvieran masa, desencadenarían una inestabilidad que haría girar todos los agujeros negros del universo", dijo Berti. “Pero los astrónomos nos dicen que los agujeros negros gigantes y supermasivos en los centros galácticos están girando, por lo que esta inestabilidad no puede ser demasiado fuerte.

"La masa del fotón, si es que tiene masa, debe ser extremadamente pequeña".

"Los fotones ultraligeros con masa distinta de cero producirían una 'bomba de agujero negro': una fuerte inestabilidad que extraería energía del agujero negro muy rápidamente", dijo Pani, autor principal del artículo. "La mera existencia de tales partículas está restringida por la observación de agujeros negros giratorios. Con esta técnica, hemos logrado restringir la masa del fotón a niveles sin precedentes: la masa debe ser cien mil millones de miles de millones de veces más pequeña que la restricción actual". en la masa del neutrino, que es de unos dos electronvoltios ".

Los resultados de este estudio se pueden utilizar para investigar la existencia de nuevas partículas, como las que posiblemente contribuyan a la materia oscura que es objeto de una búsqueda utilizando el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Ginebra. El CERN es el sitio donde se informó el gran descubrimiento del bosón de Higgs a principios de este año.

"Ese descubrimiento llenó uno de los vacíos más importantes en nuestra comprensión del modelo estándar de física de partículas, porque explica cómo las partículas obtienen su masa", dijo Gualtieri. "Sin embargo, no todas las partículas tienen masa. La física avanza probando todos los rincones de nuestras teorías comúnmente aceptadas. Así que, si creemos que una partícula no tiene masa, será mejor que probemos esta idea con experimentos precisos.

"Las observaciones de agujeros negros supermasivos pueden proporcionar nuevos conocimientos que no son accesibles en los experimentos de laboratorio. Esto sin duda sería emocionante. Quizás estas nuevas fronteras en astrofísica nos den una comprensión más clara del universo microscópico".

"Paolo, Vitor, Leonardo y yo somos parte de una red del IRSES sobre 'Relatividad numérica y física de altas energías' financiada por la Unión Europea", dijo Berti. "Paolo presentó una charla sobre este trabajo en la primera reunión de nuestra red que se celebró en Aveiro, Portugal en julio. Esta red se utilizará en los próximos cuatro años para fortalecer aún más nuestra colaboración".

Pani, quien recibió el Premio Fubini del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear al mejor doctorado. tesis a nivel nacional en 2011, es investigadora postdoctoral en el Instituto Superior T & eacutecnico en Lisboa, Portugal, con el apoyo de una beca europea Marie Curie.

"Paolo comenzó a trabajar con nosotros cuando visitó Ole Miss en 2007", dijo Berti. "Hemos estado trabajando juntos en este proyecto en particular desde enero de 2012, y hasta ahora hemos sido coautores de nueve artículos".

Investigador de posdoctorado en la UM antes de regresar a su Portugal natal, Cardoso es profesor en el Instituto Superior Técnico, donde su grupo cuenta con el apoyo de una prestigiosa Beca de Inicio del European Research Council. Cardoso y Berti han publicado 37 artículos juntos durante la última década.

"Gualtieri y yo éramos estudiantes de doctorado bajo la supervisión de Valeria Ferrari en Roma, Italia", dijo Berti. "También hemos estado colaborando durante más de una década. Leonardo es ahora profesor de investigación ('ricercatore') en Roma".

Ishibashi trabaja en el KEK Theory Center y en el Departamento de Física de la Universidad de Kinki en Japón, donde los físicos del centro están estudiando en gran profundidad fenómenos similares al descrito en el artículo de PRL.

Este estudio fue financiado, en parte, por la Beca de la National Science Foundation No. PHY-0900735 y por la Beca CAREER No. PHY-1055103.


Lo mejor de 2012 & # 8211 # 5: Físicos & # 8217 Uso de estudios de agujeros negros para medir la masa de fotones Publicado en Physical Review Letters

Emanuele Berti es parte de un equipo internacional de físicos que utiliza observaciones de agujeros negros para estudiar fotones. Foto de Michelle Tseng.

OXFORD, Miss. - Un equipo global de científicos, incluido un físico de la Universidad de Mississippi, ha determinado la mejor restricción sobre la masa de fotones hasta ahora, utilizando observaciones de agujeros negros supermasivos.

Los hallazgos de la investigación aparecen en la edición de septiembre de Physical Review Letters, una de las revistas académicas revisadas por pares más prestigiosas del campo. & # 8220Bombas de agujero negro y límites de masa de fotones & # 8221 es coautor de Emanuele Berti, profesor asistente de física y astronomía de la UM, junto con sus colegas investigadores Paolo Pani, Vitor Cardoso, Leonardo Gualtieri y Akihiro Ishibashi.

PRL se encuentra entre varias publicaciones producidas por la Sociedad Estadounidense de Física y el Instituto Estadounidense de Física que describen artículos de investigación en física seleccionados para una amplia audiencia de físicos, periodistas, estudiantes y el público. Este artículo detalla cómo los científicos, que trabajan en Portugal, Italia, Japón y los EE. UU., Encontraron una forma de utilizar observaciones astrofísicas para probar un aspecto fundamental del Modelo Estándar, a saber, que los fotones no tienen masa, mejor que nadie.

& # 8220La prueba funciona así: si los fotones tuvieran masa, desencadenarían una inestabilidad que haría girar todos los agujeros negros del universo & # 8221 Berti. & # 8220Pero los astrónomos nos dicen que los agujeros negros gigantes y supermasivos en los centros galácticos están girando, por lo que esta inestabilidad no puede ser demasiado fuerte.

& # 8220 La masa del fotón, si es que tiene masa, debe ser extremadamente pequeña. & # 8221

& # 8220Los fotones ultraligeros con masa distinta de cero producirían una & # 8216bomba de agujero negro & # 8217: una fuerte inestabilidad que extraería energía del agujero negro muy rápidamente & # 8221, dijo Pani, el autor principal del artículo & # 8217. & # 8220La mera existencia de tales partículas está limitada por la observación de agujeros negros giratorios. Con esta técnica, hemos logrado restringir la masa del fotón a niveles sin precedentes: la masa debe ser cien mil millones de miles de millones de veces más pequeña que la restricción actual sobre la masa del neutrino, que es de aproximadamente dos electrón-voltios. & # 8221

Los resultados de este estudio se pueden utilizar para investigar la existencia de nuevas partículas, como las que posiblemente contribuyan a la materia oscura que es objeto de una búsqueda utilizando el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Ginebra. El CERN es el sitio donde se informó el gran descubrimiento del bosón de Higgs a principios de este año.

& # 8220Ese descubrimiento llenó uno de los vacíos más importantes en nuestra comprensión del modelo estándar de física de partículas, porque explica cómo las partículas obtienen su masa & # 8221 Gualtieri. & # 8220Sin embargo, no todas las partículas tienen masa. La física avanza probando cada rincón de nuestras teorías comúnmente aceptadas. Entonces, si creemos que una partícula no tiene masa, es mejor que probemos esta idea con experimentos precisos.

& # 8220 Las observaciones de agujeros negros supermasivos pueden proporcionar nuevos conocimientos que no son accesibles en experimentos de laboratorio. Sin duda, esto sería emocionante. Quizás estas nuevas fronteras en astrofísica nos den una comprensión más clara del universo microscópico. & # 8221

Una simulación numérica del efecto & # 8216bomba de agujero negro & # 8217 para fotones masivos: Los diferentes colores representan diferentes amplitudes de la onda reflejada. La simulación sigue el proceso de reflexión / amplificación durante algunos ciclos. Animación de Helvi Witek.

& # 8220Paolo, Vitor, Leonardo y yo formamos parte de una red del IRSES en & # 8216Numerical Relativity and High-Energy Physics & # 8217 financiada por la Unión Europea & # 8221 Berti. & # 8220Paolo presentó una charla sobre este trabajo en la primera reunión de nuestra red que se celebró en Aveiro, Portugal en julio. Esta red se utilizará en los próximos cuatro años para fortalecer aún más nuestra colaboración. & # 8221

Pani, quien recibió el Premio Fubini del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear al mejor doctorado. tesis a nivel nacional en 2011, es investigadora postdoctoral en el Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal, con el apoyo de una beca europea Marie Curie.

& # 8220Paolo empezó a trabajar con nosotros cuando visitó Ole Miss en 2007, & # 8221 Berti. & # 8220 Hemos estado trabajando juntos en este proyecto en particular desde enero de 2012, y hasta ahora hemos sido coautores de nueve artículos. & # 8221

Ilustración esquemática del efecto & # 39bomba de agujero negro & # 39. Una onda lanzada a un agujero negro puede magnificarse al reflejarse, extrayendo energía de rotación y girando hacia abajo en el agujero negro. La masa de la partícula actúa como una "pared" para las ondas salientes (representada por la esfera circundante en esta figura), por lo que el proceso de reflexión / amplificación se repite y provoca una inestabilidad. Ilustración de Ana Sousa.

Investigador de posdoctorado en la UM antes de regresar a su Portugal natal, Cardoso es profesor en el Instituto Superior Técnico, donde su grupo cuenta con el apoyo de una prestigiosa Beca de Inicio del European Research Council. Cardoso y Berti han publicado 37 artículos juntos durante la última década.

& # 8220Gualtieri y yo fuimos Ph.D. estudiantes bajo la supervisión de Valeria Ferrari en Roma, Italia, & # 8221 Berti dijo. & # 8220 También hemos estado colaborando durante más de una década. Leonardo es ahora profesor de investigación (& # 8216ricercatore & # 8217) en Roma. & # 8221

Ishibashi trabaja en el KEK Theory Center y en el Departamento de Física de la Universidad de Kinki en Japón, donde los físicos del centro están estudiando en gran profundidad fenómenos similares al descrito en el artículo de PRL.

Este estudio fue financiado, en parte, por la Beca de la National Science Foundation No. PHY-0900735 y por la Beca CAREER No. PHY-1055103.


El análisis muestra que las imágenes de los agujeros negros presentan una subestructura rica en datos

El anillo de luz alrededor de la sombra proyectada por un agujero negro está formado por una pila de subanillos cada vez más nítidos que corresponden al número de órbitas de fotones completadas antes de llegar a un observador. Imagen: George Wong (UIUC) y Michael Johnson (CfA)

El Event Horizon Telescope capturó la primera imagen de un agujero negro, o más bien el anillo de luz que rodea el agujero negro y la sombra # 8217s. Si bien la imagen dramática, publicada en abril pasado, muestra el diámetro del anillo de luz & # 8211 alrededor de 40 unidades astronómicas & # 8211, no tiene la resolución necesaria para determinar su grosor o subestructura detallada.

Nuevos cálculos realizados por investigadores del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, muestran que los interferómetros futuros con líneas de base más largas deberían poder hacer precisamente eso, permitiendo a los astrónomos detectar un agujero negro y la masa, la rotación y otros detalles que están codificados en forma precisa. tamaño y forma del anillo de fotones.

& # 8220La imagen de un agujero negro en realidad contiene una serie de anillos anidados & # 8221, dijo Michael Johnson, investigador del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. & # 8220Cada anillo sucesivo tiene aproximadamente el mismo diámetro pero se vuelve cada vez más nítido porque su luz orbitaba el agujero negro más veces antes de llegar al observador. & # 8221

La imagen EHT & # 8217s del agujero negro en el corazón de la galaxia M87, presentada en abril de 2019, proporcionó & # 8220 solo un vistazo de la complejidad total que debería surgir en la imagen de cualquier agujero negro & # 8221, dijo Johnson.

La primera imagen directa del horizonte de eventos de un agujero negro supermasivo capturada por el Event Horizon Telescope. Imagen: Colaboración EHT

El análisis teórico de cómo un agujero negro & # 8217s anillo de fotones está formado por anillos de luz anidados reveló nuevas posibilidades para la obtención de imágenes.

& # 8220 Lo que realmente nos sorprendió fue que, si bien los subanillos anidados son casi imperceptibles a simple vista en las imágenes, incluso las imágenes perfectas, son señales fuertes y claras para conjuntos de telescopios llamados interferómetros, & # 8221, dice Johnson.

El Event Horizon Telescope es un conjunto de radiotelescopios que abarcan todo el mundo y que actúan juntos para formar un enorme plato virtual que proporciona la resolución necesaria para obtener imágenes del agujero negro supermasivo en el núcleo de M87. Al agregar un telescopio espacial en órbita a esa matriz, o al colocar un instrumento en la luna, los astrónomos aumentarían la línea de base y agudizarían la resolución.

La siguiente animación, proporcionada por el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica, muestra cómo se forma el anillo de fotones y da pistas sobre lo que podrían revelar los interferómetros del futuro. El anillo está formado por subanillos de fotones cada vez más nítidos que difieren en el número norte de medias órbitas alrededor del agujero negro que completan en el camino hacia un observador:

& # 8220 La teoría de la relatividad general de Einstein hace una serie de sorprendentes predicciones para los tipos de observaciones que finalmente están a nuestro alcance, y creo que podemos esperar muchos avances en los próximos años & # 8221, dijo Daniel Kapec, miembro de la Facultad de Ciencias Naturales IAS & # 8217s.

& # 8220Como teórico, encuentro especialmente gratificante la rápida convergencia entre la teoría y el experimento, y espero que podamos seguir aislando y observando predicciones más universales de la relatividad general a medida que estos experimentos se vuelven más sensibles. & # 8221


Una nueva evaluación de los agujeros negros supermasivos y nuestro universo

Los agujeros negros supermasivos influyen en muchos aspectos de la formación y evolución de nuestro universo, ¡pero aún hay mucho que no sabemos sobre ellos! Un nuevo censo de estas fuentes acechantes nos está ayudando a responder preguntas.

Escondido en el polvo

En la línea de tiempo esquemática del universo, la época de la reionización es cuando las primeras galaxias y quásares comenzaron a formarse y evolucionar. Click para agrandar. [NASA]

Para responder a todas estas preguntas, primero necesitamos formar un censo completo de la AGN en nuestro universo. Sin embargo, esta perspectiva es desafiante: aunque los AGN irradian brillantemente a través del espectro electromagnético, muchas de estas fuentes misteriosas se encuentran ocultas dentro de densos mantos de polvo que evitan que la mayor parte de su radiación escape.

Alta energía al rescate

Afortunadamente, sin embargo, la radiación de rayos X extremadamente enérgica puede escapar incluso de los AGN muy oscurecidos. Al compilar las observaciones de múltiples observatorios de rayos X basados ​​en el espacio, como NuSTAR, el Observatorio Neil Gehrels Swift y Chandra, un equipo de científicos ha construido recientemente una encuesta en gran parte imparcial de la AGN en todo nuestro universo, que representa tanto las fuentes despejadas como las muchas fuentes que están ocultas por el polvo.

Densidades de fotones ionizantes para AGN (líneas negras) y galaxias (líneas naranjas) para varios modelos diferentes. El trabajo de los autores sugiere que las galaxias proporcionan una contribución sustancialmente mayor a la reionización que las AGN, en corrimientos al rojo por encima de z = 6. [Adaptado de Ananna et al. 2020]

Reionizando Nuestro Universo

Ananna y sus colaboradores estiman la cantidad total de radiación ionizante que es emitida por todos los AGN en nuestro universo como una función del corrimiento al rojo, aplicando restricciones de observación tanto de la luz que nosotros lata ver y estimaciones de la luz que hipocresía ver basado en la población de AGN oscurecida inferida.

Los autores encuentran que la contribución total de los fotones ionizantes que escapan de todos los AGN es bastante pequeña. La contribución de AGN a la reionización de nuestro universo, un proceso que ocurrió entre unos pocos cientos de millones y

Mil millones de años después del Big Bang: es menos de una cuarta parte de la densidad total de fotones ionizantes en corrimientos al rojo mayores que z & gt 6. Esto sugiere que las estrellas y galaxias de primera generación contribuyeron con la gran mayoría de la radiación que impulsó la reionización.

Distribución de probabilidad de los autores para la medición del giro promedio de un agujero negro entre AGN, utilizando varios modelos diferentes. Se favorecen significativamente los giros altos. [Adaptado de Ananna et al. 2020]

Agujeros negros mareados

¿Qué podemos aprender sobre los propios agujeros negros? Ananna y sus colaboradores utilizan su censo para comparar la luz total emitida por los AGN con la cantidad de masa que han acumulado a lo largo del tiempo. Esta medida de eficiencia de acreción puede decirnos qué tan rápido probablemente estén girando los agujeros negros supermasivos.

Ananna y sus colaboradores encuentran una alta eficiencia de acreción probable, lo que indica que, en promedio, los agujeros negros supermasivos en crecimiento están girando con bastante rapidez. Si se confirma, esto puede significar que el crecimiento de un agujero negro supermasivo está dominado por la acumulación de material (que produce agujeros negros de giro rápido) en lugar de por fusiones (que producen un giro promedio bajo ya que los agujeros negros se orientan aleatoriamente).

Todavía tenemos mucho que aprender sobre los agujeros negros supermasivos y su influencia en el universo, pero este estudio reciente proporciona un paso claro en la dirección correcta.

Citación

“Historia de acreción de AGNs. III. Eficiencia radiativa y contribución de AGN a la reionización ”, Tonima Tasnim Ananna et al 2020 ApJ 903 85. doi: 10.3847 / 1538-4357 / abb815


La distancia más corta entre dos puntos

Como regla general, la luz siempre recorrerá la distancia más corta entre dos puntos. Aquí tienes un truco mental para ti: la distancia más corta entre dos puntos no es siempre en línea recta. Sí, tus maestros de primaria te mintieron. Llévate eso a casa, mastícalo un rato.

La verdad es que la teoría de la línea recta solo funciona en un espacio bidimensional, como en una hoja de papel. En una superficie curva, este no es el caso. En realidad, se utilizan ejemplos de la vida real a diario. Si observa la figura de la derecha, esta es la trama de un vuelo de una aerolínea sin escalas de Seattle a Londres. Normalmente se supondría que este vuelo cruzaría los EE. UU. Pasando por Maine y luego directamente sobre el Océano Atlántico. Sin embargo, dado que la Tierra es esférica, tomar ese camino en realidad sería mucho más largo que el camino representado. (Consulte otras rutas de vuelo aquí) Esto se conoce en aviación como el gran circulo.


Bombas de agujero negro y límites de masa de fotones

Las extensiones genéricas del modelo estándar predicen la existencia de grados de libertad bosónicos ultraligeros. Varios experimentos en curso tienen como objetivo detectar estas partículas o restringir su rango de masa. Aquí mostramos que los campos vectoriales masivos alrededor de los agujeros negros en rotación pueden dar lugar a una fuerte inestabilidad superradiante, que extrae el momento angular del agujero. La observación de agujeros negros giratorios supermasivos impone límites a este mecanismo. Mostramos que las estimaciones actuales de espín de agujero negro supermasivo proporcionan los límites superiores más estrictos en la masa del fotón (m (v) es & lt o aproximadamente igual a 4 × 10 (-20) eV según nuestra estimación más conservadora), y que Las mediciones de espín para los agujeros negros supermasivos más grandes conocidos podrían reducir aún más este límite am (v) & lt o aproximadamente igual a 10 (-22) eV. Nuestro análisis se basa en un marco novedoso para estudiar las perturbaciones de los agujeros negros Kerr en rotación en el régimen de rotación lenta, que desarrollamos hasta el segundo orden en rotación y que puede extenderse a otras métricas del espacio-tiempo y otras teorías.


Masa de fotones y agujeros negros - Astronomía

Sabemos que los agujeros negros ejercen una fuerza gravitacional sobre los objetos. ¿Cómo puede un fotón sin masa entrar en un agujero negro y no escapar de él? La fuerza gravitacional está relacionada con la masa, ¿no es así? ¿Existe otra fuerza en el agujero negro o la luz tiene masa?

Tiene razón en que de acuerdo con la gravedad de Newton, la fuerza de gravedad sobre una partícula que tiene masa 0 sería cero, por lo que la gravedad no debería afectar a la luz. De hecho, según la gravedad de Newton, los agujeros negros no deberían existir: no importa cuán fuerte sea la gravedad, ¡la luz siempre podría escapar!

Sin embargo, sabemos que la gravedad de Newton solo es correcta en determinadas circunstancias, cuando las partículas viajan mucho más lento que la velocidad de la luz y cuando la gravedad es débil. ¡Este ciertamente no es el caso cerca de un agujero negro! Cuando tratamos de comprender cómo funcionan los agujeros negros, debemos considerar la ley más general de la gravedad, que es la relatividad general de Einstein.

Según la Relatividad General, ¡la gravedad no es una fuerza! Por el contrario, la gravedad solo afecta la forma en que se miden las distancias y dice qué forma tiene el camino "más corto" de un lugar a otro. Luego, todas las partículas siguen estas rutas de "camino más corto" en su movimiento. Tenga en cuenta que hasta ahora no he mencionado la masa, esta regla se aplica a toda la materia y energía, ¡tengan masa o no!

Resulta que muy cerca del agujero negro, estos caminos más cortos nunca cruzan el horizonte de eventos. Como resultado, ni la luz ni nada menos pueden escapar del campo de gravedad de un agujero negro.

Esta página fue revisada por última vez el 1 de febrero de 2019.

Sobre el Autor

Manolis Papastergis

Manolis es un estudiante de posgrado de sexto año que estudia galaxias con Arecibo.


Título: Estimaciones de masa de agujeros negros del núcleo galáctico activo en la era de la astronomía en el dominio del tiempo

Investigamos la dependencia de la normalización de la parte de alta frecuencia de los rayos X y las densidades espectrales de potencia óptica (PSD) en la masa del agujero negro para una muestra de 39 núcleos galácticos activos (AGN) con masas de agujero negro estimadas a partir del mapeo de reverberación o modelado dinámico. Obtuvimos nuevas observaciones Swift de PG 1426 + 015, que tiene la mayor masa estimada de agujeros negros de los AGN en nuestra muestra. Desarrollamos un método estadístico novedoso para estimar la PSD a partir de una curva de luz de conteos de fotones con muestreo arbitrario, eliminando la necesidad de colocar una curva de luz para lograr estadísticas gaussianas, y usamos esta técnica para estimar los parámetros de variabilidad de rayos X para los débiles. AGN en nuestra muestra. Encontramos que la normalización de la PSD de rayos X de alta frecuencia es inversamente proporcional a la masa del agujero negro. Discutimos cómo usar esta relación de escala para obtener estimaciones de masa de agujero negro a partir de la amplitud de variabilidad de rayos X de escala de tiempo corta con precisión ∼0,38 dex. La amplitud de la variabilidad óptica en escalas de tiempo de días también está anticorrelacionada con la masa del agujero negro, pero con una mayor dispersión. En cambio, la amplitud de variabilidad óptica exhibe la anticorrelación más fuerte con la luminosidad. Concluimos con una discusión de las implicaciones de nuestros resultados para estimar la masa del agujero negro a partir de la amplitud de la variabilidad de AGN. & laquo menos