Un nuevo estudio muestra que al arrastrar el espacio-tiempo, los agujeros negros supermasivos pueden desgarrar el violento remolino de escombros (o discos de acreción) que los rodean, creando un subdisco interno y externo. Crédito: Nick Kaaz/Universidad Northwestern
Una nueva investigación revela que los agujeros negros supermasivos consumen la materia circundante más rápido de lo que se pensaba. Esta idea, derivada de simulaciones de alta resolución, podría explicar por qué los quásares explotan y se desvanecen tan rápidamente.
Un nuevo Northwestern UniversityUn estudio liderado por esta ciencia está cambiando la forma en que los astrofísicos entienden los hábitos de alimentación de los agujeros negros supermasivos.
Si bien investigadores anteriores habían planteado la hipótesis de que los agujeros negros se alimentan lentamente, nuevas simulaciones indican que los agujeros negros devoran alimentos mucho más rápido de lo que sugieren las ideas convencionales.
El estudio fue publicado el 20 de septiembre en EL Revista de Astrofísica.
Información de simulación
Según nuevas simulaciones 3D de alta resolución, los agujeros negros giratorios tuercen el espacio-tiempo circundante y, en última instancia, desgarran el violento remolino de gas (o disco de acreción) que los rodea y alimenta. Esto da como resultado que el disco se rompa en subdiscos internos y externos. Los agujeros negros devoran primero el anillo interior. Luego, los desechos del subdisco exterior fluyen hacia adentro para llenar el espacio dejado por el anillo interior completamente consumido y el proceso de consumo se repite.
Un ciclo del proceso de comer-saciarse-comer continuamente repetido dura sólo unos pocos meses, un período de tiempo increíblemente rápido en comparación con los cientos de años propuestos anteriormente por los investigadores.
Este nuevo descubrimiento podría ayudar a explicar el espectacular comportamiento de algunos de los objetos más brillantes del cielo nocturno, incluidos los quásares, que repentinamente estallan y luego desaparecen sin explicación.
Esta imagen de una simulación muestra cómo el disco de acreción de un agujero negro supermasivo puede dividirse en dos subdiscos, que están desalineados en esta imagen. Crédito: Nick Kaaz/Universidad Northwestern
«La teoría clásica del disco de acreción predice que el disco evoluciona lentamente», dijo Nick Kaaz de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Pero algunos quásares –que resultan de agujeros negros que consumen gas de sus discos de acreción– parecen cambiar dramáticamente a lo largo de meses o incluso años. Esta variación es tan drástica. Parece que la parte interna del disco, de donde proviene la mayor parte de la luz, se destruye y luego se vuelve a armar. La teoría clásica de los discos de acreción no puede explicar esta drástica variación. Pero los fenómenos observados en nuestras simulaciones podrían explicar esto. El rápido brillo y desvanecimiento es consistente con la destrucción de las regiones internas del disco.
Kaaz es un estudiante de posgrado en astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA). Kaaz cuenta con el asesoramiento del coautor del artículo, Alexander Tchekhovskoy, profesor asociado de física y astronomía en Weinberg y miembro de CIERA.
Suposiciones equivocadas
Los discos de acreción que rodean los agujeros negros son objetos físicamente complejos, lo que los hace increíblemente difíciles de modelar. La teoría convencional ha luchado por explicar por qué estos discos brillan tanto y luego de repente se atenúan, a veces hasta el punto de desaparecer por completo.
Investigadores anteriores asumieron incorrectamente que los discos de acreción estaban relativamente ordenados. En estos modelos, el gas y las partículas giran alrededor del agujero negro — en el mismo plano que el agujero negro y en la misma dirección de rotación del agujero negro. Luego, en una escala de tiempo que oscila entre cientos y varios cientos de miles de años, las partículas de gas se precipitan gradualmente hacia el agujero negro para alimentarlo.
“Cómo llega el gas a un agujero negro para alimentarlo es la cuestión central de la física de los discos de acreción. Si sabes cómo sucede esto, te dirá cuánto mide el disco, qué tan brillante es y cómo debería verse la luz cuando lo observamos con telescopios. — Nick Kaaz, autor principal
«Durante décadas, la gente asumió que los discos de acreción estaban alineados con la rotación del agujero negro», dijo Kaaz. “Pero el gas que alimenta estos agujeros negros no necesariamente sabe en qué dirección gira el agujero negro, entonces ¿por qué se alinearían automáticamente? Cambiar la alineación cambia drásticamente la imagen.
La simulación de los investigadores, que es una de las simulaciones de discos de acreción de mayor resolución hasta la fecha, indica que las regiones que rodean el agujero negro son lugares mucho más desordenados y turbulentos de lo que se pensaba anteriormente.
Más como un giroscopio, menos como un plato.
Utilizando Summit, una de las supercomputadoras más grandes del mundo ubicada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, los investigadores realizaron una simulación magnetohidrodinámica relativista general (GRMHD) tridimensional de un disco de acreción delgado e inclinado. Si bien las simulaciones anteriores no fueron lo suficientemente potentes como para incluir toda la física necesaria para construir un agujero negro realista, el modelo dirigido por Northwestern incluye dinámica de gases, campos magnéticos y relatividad general para pintar una imagen más completa.
«Los agujeros negros son objetos de la relatividad general extrema que afectan el espacio-tiempo que los rodea», dijo Kaaz. “Entonces, cuando giran, arrastran el espacio a su alrededor como un carrusel gigante y lo obligan a girar también, un fenómeno llamado “arrastre de fotogramas”. Esto crea un efecto muy fuerte cerca del agujero negro, que se vuelve cada vez más débil a medida que nos alejamos de él.
El cambio de cuadro hace que todo el disco oscile en círculos, de forma similar a como lo precede un giroscopio. Pero el disco interior quiere oscilar mucho más rápido que las partes exteriores. Este desajuste de fuerzas hace que todo el disco se deforme, provocando que los gases de diferentes partes del disco choquen. Las colisiones crean ligeras sacudidas que acercan violentamente la materia al agujero negro.
A medida que aumenta la deformación, la región más interna del disco de acreción continúa oscilando cada vez más rápido hasta que se separa del resto del disco. Luego, según las nuevas simulaciones, los subdiscos comienzan a evolucionar independientemente unos de otros. En lugar de moverse suavemente como una placa plana que rodea el agujero negro, los subdiscos se tambalean de forma independiente a diferentes velocidades y ángulos, como las ruedas de un giroscopio.
«Cuando el disco interno se rompe, precederá de forma independiente», dijo Kaaz. «Se está moviendo más rápido porque está más cerca del agujero negro y porque es pequeño, por lo que es más fácil moverse».
“Donde gana el agujero negro”
Según la nueva simulación, la región de desgarro, donde los subdiscos internos y externos se desconectan, es donde realmente comienza el frenesí alimentario. Mientras que la fricción intenta mantener unido el disco, la torsión en el espacio-tiempo causada por el agujero negro que gira quiere destrozarlo.
«Existe una competencia entre la rotación del agujero negro y la fricción y presión dentro del disco», dijo Kaaz. “La región de lágrima es donde gana el agujero negro. Los discos interior y exterior chocan. El disco exterior elimina capas del disco interior, empujándolo hacia adentro.
Ahora los subdiscos se cruzan en diferentes ángulos. El disco exterior vierte material sobre el disco interior. Esta masa adicional también empuja el disco interno hacia el agujero negro, donde es devorado. Luego, la propia gravedad del agujero negro atrae gas desde la región exterior hacia la región interior, ahora vacía, para llenarlo.
La conexión del cuásar
Kaaz dijo que estos rápidos ciclos de comer, llenarse y comer explican potencialmente lo que se llama cuásares que «cambian la apariencia». Los cuásares son objetos extremadamente luminosos que emiten 1.000 veces más energía que todo el espacio. vía LácteaSon entre 200 y 400 mil millones de estrellas. Los quásares que cambian de apariencia son aún más extremos. Parecen encenderse y apagarse durante un período de meses, una pequeña cantidad de tiempo para un quásar típico.
Aunque la teoría clásica ha formulado hipótesis sobre la rapidez con la que los discos de acreción evolucionan y cambian de brillo, las observaciones de los quásares que cambian de aspecto indican que en realidad evolucionan mucho más rápidamente.
«La región interna de un disco de acreción, de donde proviene la mayor parte del brillo, puede desaparecer por completo, muy rápidamente en unos pocos meses», dijo Kaaz. “Básicamente estamos viendo que esto desaparece por completo. El sistema deja de ser brillante. Luego se aclara nuevamente y se repite el proceso. La teoría convencional no tiene forma de explicar por qué desaparece en primer lugar, ni tampoco explica cómo se llena tan rápidamente. »
Las nuevas simulaciones no sólo podrían explicar los quásares, sino que también podrían responder preguntas actuales sobre la misteriosa naturaleza de los agujeros negros.
«Cómo llega el gas a un agujero negro para alimentarlo es la cuestión central de la física de los discos de acreción», dijo Kaaz. «Si sabes cómo sucede esto, sabrás cuánto mide el disco, qué tan brillante es y cómo debería verse la luz cuando lo observamos con telescopios».
Referencia: “Los impactos de las boquillas, el desgarro del disco y las serpentinas impulsan una rápida acumulación en simulaciones 3D GRMHD de discos delgados deformados” por Nicholas Kaaz, Matthew TP Liska, Jonatan Jacquemin-Ide, Zachary L. Andalman, Gibwa Musoke, Alexander Tchekhovskoy y Oliver Porth. 20 de septiembre de 2023, La revista de astrofísica. DOI: 10.3847/1538-4357/ace051
El estudio fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias.
Los investigadores han descubierto una rara partícula de polvo en un meteorito, formada por una estrella distinta de nuestro sol. Utilizando tomografía avanzada con sonda atómica, analizaron la proporción única de isótopos de magnesio de la partícula, revelando su origen a partir de un tipo recientemente identificado de supernova que quema hidrógeno. Este avance proporciona una mejor comprensión de los eventos cósmicos y la formación de estrellas. Crédito: SciTechDaily.com
Los científicos han descubierto una partícula de meteorito con una proporción de isótopos de magnesio sin precedentes, lo que apunta a su origen en una supernova que quema hidrógeno.
La investigación ha descubierto una rara partícula de polvo atrapada en un antiguo meteorito extraterrestre formado por una estrella distinta a nuestro sol.
El descubrimiento fue realizado por la autora principal, la Dra. Nicole Nevill y sus colegas durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Curtin, quienes actualmente trabajan en el Instituto de Ciencias Lunares y Planetarias en colaboración con NASAen el Centro Espacial Johnson.
Meteoritos y granos presolares
Los meteoritos están formados principalmente por materiales formados en nuestro sistema solar y también pueden contener pequeñas partículas de estrellas nacidas mucho antes que nuestro sol.
Las pistas de que estas partículas, llamadas granos presolares, son reliquias de otras estrellas, se descubren analizando los diferentes tipos de elementos que contienen.
Técnicas analíticas innovadoras
El Dr. Nevill utilizó una técnica llamada átomo Sonda tomográfica para analizar la partícula y reconstruir la química a escala atómica, accediendo a la información escondida en su interior.
«Estas partículas son como cápsulas del tiempo celestes y proporcionan una instantánea de la vida de su estrella madre», dijo el Dr. Nevill.
“Los materiales creados en nuestro sistema solar tienen proporciones de isótopos predecibles: variantes de elementos con diferente número de neutrones. La partícula que analizamos tiene una proporción de isótopos de magnesio distinta de cualquier otra cosa en nuestro sistema solar.
“Los resultados fueron literalmente fuera de este mundo. La proporción de isótopos de magnesio más extrema, de estudios anteriores de granos presolares, fue de alrededor de 1.200. El grano en nuestro estudio tiene un valor de 3.025, que es el valor más alto jamás descubierto.
«Esta proporción de isótopos excepcionalmente alta sólo puede explicarse por la formación de un tipo de estrella recientemente descubierta: una supernova que quema hidrógeno».
Avances en astrofísica
El coautor, el Dr. David Saxey, del Centro John de Laeter en Curtin, dijo que la investigación innova la forma en que entendemos el universo, ampliando los límites de las técnicas analíticas y los modelos astrofísicos.
«La sonda atómica nos proporcionó un gran nivel de detalle al que no habíamos podido acceder en estudios anteriores», afirmó el Dr. Saxey.
“La supernova que quema hidrógeno es un tipo de estrella que se descubrió recientemente, casi al mismo tiempo que estábamos analizando la pequeña partícula de polvo. El uso de la sonda atómica en este estudio proporciona un nuevo nivel de detalle que nos ayuda a comprender cómo se formaron estas estrellas.
Vinculando los resultados de laboratorio con los fenómenos cósmicos
El coautor, el profesor Phil Bland de la Escuela de Ciencias Planetarias y de la Tierra de Curtin, dijo que los nuevos descubrimientos del estudio de partículas raras en meteoritos nos permiten comprender mejor los eventos cósmicos más allá de nuestro sistema solar.
«Es simplemente asombroso poder relacionar mediciones a escala atómica en el laboratorio con un tipo de estrella recientemente descubierta».
La investigación titulada “Elemento a escala atómica y estudio isotópico de 25Polvo estelar rico en magnesio procedente de una supernova que quema hidrógeno » fue publicado en el Revista de astrofísica.
Referencia: “Elemento a escala atómica y estudio isotópico de 25Mg-rich Stardust from an H-burning Supernova” por ND Nevill, PA Bland, DW Saxey, WDA Rickard, P. Guagliardo, NE Timms, LV Forman, L. Daly y SM Reddy, 28 de marzo de 2024, La revista de astrofísica. DOI: 10.3847/1538-4357/ad2996
El 5 de julio de 2023, el lanzador Ariane 5 realizó su último vuelo, poniendo así fin a los 27 años de carrera del que fue el primer cohete pesado de Europa. Casi diez meses después, Arianespace vuelve a la plataforma de lanzamiento con su nuevo caballo de batalla avanzado para el transporte pesado: el Ariane 6.
Por primera vez, el núcleo central y los propulsores del Ariane 6 fueron entregados a la plataforma de lanzamiento ELA-4 en Kourou, Guayana Francesa, marcando oficialmente el inicio de la campaña de lanzamiento inaugural.
El miércoles 24 de abril, el núcleo central del cohete, compuesto por el propulsor principal y la etapa superior, fue transportado 800 metros desde el edificio de montaje del lanzador hasta la plataforma ELA-4, donde fue instalado sobre la mesa de lanzamiento mediante una grúa. y con la asistencia de vehículos de guiado automático (AGV).
Durante los dos días siguientes, Arianespace trabajó para entregar los dos propulsores de cohetes de estado sólido P120C del vehículo a la plataforma y luego montarlos en la mesa de lanzamiento a cada lado del núcleo central. Esta es la configuración del Ariane 62 que realizará la primera misión del vehículo.
El primer cohete propulsor sólido Ariane 6 se transporta al sitio de lanzamiento ELA-4 para su integración. (Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Al igual que su predecesor, el Ariane 6 tiene un diseño de dos etapas, propulsado por motores que queman hidrógeno líquido y oxígeno líquido. La primera etapa está equipada con un motor Vulcain 2.1, una versión mejorada del motor Vulcain 2 que volaba en el Ariane 5. La segunda etapa, por su parte, está equipada con un motor Vinci de nuevo diseño, capaz de producir 180 kN de empuje en una aspiradora.
Ariane 6 está configurado para volar con un solo par o dos pares de propulsores de cohetes sólidos P120C, que producen un porcentaje importante del empuje total en el despegue. Cada propulsor contiene 142 toneladas de propulsor sólido y puede generar hasta 4.650 kN de empuje.
La capacidad de carga del Ariane 6 varía según la configuración de vuelo utilizada. La versión Ariane 62 que utiliza dos propulsores es capaz de transportar hasta 10.350 kg a la órbita terrestre baja (LEO) y 4.500 kg a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), mientras que la variante Ariane 64 con cuatro propulsores puede colocar hasta 21.500 kg en órbita baja. Órbita terrestre (LEO). y 11.500 kg en GTO.
«El lanzamiento del Ariane 6 y la restauración del acceso de Europa al espacio son una prioridad absoluta para la ESA a la hora de reanudar los lanzamientos regulares de cohetes desde el puerto espacial europeo», afirmó el director general de la ESA, Josef Aschbacher. “Juntar las etapas del cohete en la plataforma de lanzamiento marca el inicio de una campaña de lanzamiento y muestra que ya casi llegamos; Pronto veremos esta belleza elevarse hacia el cielo.
El siguiente paso en la campaña inicial del Ariane 6 es acoplar los propulsores P120C al núcleo central, actuando como mecanismo de soporte para la pila de lanzamiento. Una vez ensamblados, los equipos realizarán las conexiones mecánicas y eléctricas necesarias.
Luego, para completar el primer Ariane 6, sólo quedará instalar el carenado con las cargas útiles encapsuladas en su interior. Esto tendrá lugar unas semanas antes de la fecha de lanzamiento prevista.
Estas operaciones de integración de vehículos se llevaron a cabo bajo la jurisdicción primaria de la ESA, con el apoyo de ArianeGroup y la agencia espacial francesa CNES.
«Ver el nuevo lanzador europeo en la plataforma de lanzamiento marca la finalización de años de trabajo en las oficinas de diseño y plantas de producción de ArianeGroup y de todos nuestros socios industriales en Europa», dijo Martin Sion, director ejecutivo de ArianeGroup. “Este evento marca también el inicio de una nueva etapa de la campaña de primeros vuelos, con todos los desafíos y complejidades que esto conlleva. Los miembros de nuestro Space Team Europe están poniendo todo su conocimiento y experiencia para que este primer vuelo sea un completo éxito.
El primer núcleo central de Ariane 6 está a punto de ser integrado. (Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Ariane 6 está diseñado para poder lanzar varias configuraciones de misión. Estas podrían variar desde misiones LEO que involucran constelaciones de satélites hasta misiones Galileo de lanzamiento dual en órbita terrestre media (MEO), lanzamiento único y lanzamiento dual de satélites geosincrónicos/geoestacionarios.
Para su primer lanzamiento, Ariane 6 intentará entregar un conjunto de pequeñas cargas útiles y experimentos a LEO para clientes como la ESA, la NASA, universidades europeas y varias empresas comerciales.
Algunas cargas útiles constan de CubeSats, mientras que otras permanecerán unidas a la etapa superior para documentar la misión. Dos cargas útiles regresarán a la Tierra en forma de cápsulas de reentrada, diseñadas para probar nuevos materiales.
Arianespace y la ESA apuntan actualmente a una ventana entre el 15 de junio y el 31 de julio de 2024 para el primer vuelo de Ariane 6.
“El programa Ariane 6 entra ahora en su recta final antes del vuelo inaugural desde el Puerto Espacial Europeo en la Guayana Francesa. La soberanía europea sobre el acceso al espacio vuelve a ser posible gracias al duro trabajo de los equipos de la ESA, ArianeGroup y CNES”, declaró Philippe Baptiste, director general del CNES. “Me gustaría agradecerles y enviarles mis mejores deseos para las etapas finales. ¡Vamos Ariane 6!
(Imagen principal: El primer núcleo central de Ariane 6 se encuentra dentro del edificio móvil del complejo de lanzamiento ELA-4 en Kourou en preparación para su lanzamiento inaugural. Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Los científicos se están centrando en detectar sulfuro de dimetilo (DMS) en su atmósfera.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio más potente jamás lanzado, está a punto de comenzar una misión de observación crucial en la búsqueda de vida extraterrestre.
Como se informó Los tiempos, El telescopio enfocará un planeta distante que orbita una estrella enana roja, K2-18b, ubicada a 124 años luz de distancia.
K2-18b ha atraído la atención de los científicos debido a su potencial para albergar vida. Se cree que es un mundo cubierto de océanos que es aproximadamente 2,6 veces más grande que la Tierra.
El elemento clave que buscan los científicos es el sulfuro de dimetilo (DMS), un gas con características fascinantes. Según la NASA, en la Tierra el DMS es “producido únicamente por la vida”, principalmente por el fitoplancton marino.
La presencia de DMS en la atmósfera de K2-18b sería un descubrimiento importante, aunque el Dr. Nikku Madhusudhan, astrofísico principal del estudio en Cambridge, advierte contra sacar conclusiones precipitadas. Aunque los datos preliminares del JWST sugieren una alta probabilidad (más del 50%) de la presencia de DMS, se necesitan más análisis. El telescopio pasará ocho horas observando este viernes, seguidas de meses de procesamiento de datos antes de poder encontrar una respuesta definitiva.
La ausencia de un proceso natural, geológico o químico que se sepa que genera DMS en ausencia de vida añade peso al entusiasmo. Sin embargo, incluso si se confirma, la gran distancia de K2-18b presenta un obstáculo tecnológico. Viajando a la velocidad de la nave espacial Voyager (60.000 kilómetros por hora), una sonda tardaría 2,2 millones de años en llegar al planeta.
A pesar de la inmensa distancia, la capacidad del JWST para analizar la composición química de la atmósfera de un planeta mediante el análisis espectral de la luz de las estrellas que se filtra a través de sus nubes proporciona una nueva ventana al potencial de vida más allá de la Tierra. Esta misión tiene el potencial de responder a la antigua pregunta de si estamos realmente solos en el universo.
Las próximas observaciones también pretenden aclarar la existencia de metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18b, resolviendo potencialmente el «problema de metano faltante» que ha desconcertado a los científicos durante más de una década. Si bien continúa el trabajo teórico sobre las fuentes no biológicas del gas, se esperan conclusiones definitivas dentro de cuatro a seis meses.
