Como remolinos en el océano, Los agujeros negros giratorios en el espacio crean un torrente arremolinado a su alrededor. Sin embargo, los agujeros negros no crean remolinos de viento o agua. Bastante, generan discos de gas y polvo calentados a cientos de millones de grados que brillan con luz de rayos X.

Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y alineaciones al azar en miles de millones de años luz, Los astrónomos han desplegado una nueva técnica para medir el giro de cinco agujeros negros supermasivos. La materia en uno de estos vórtices cósmicos gira alrededor de su agujero negro a más del 70% de la velocidad de la luz.

Los astrónomos aprovecharon un fenómeno natural llamado lente gravitacional. Con la alineación correcta la flexión del espacio-tiempo por un objeto masivo, como una gran galaxia, puede ampliar y producir múltiples imágenes de un objeto distante, como predijo Einstein.

En esta última investigación, Los astrónomos utilizaron Chandra y lentes gravitacionales para estudiar seis quásares, cada uno consiste en un agujero negro supermasivo que consume rápidamente materia de un disco de acreción circundante. La lente gravitacional de la luz de cada uno de estos quásares por una galaxia intermedia ha creado múltiples imágenes de cada cuásar, como se muestra en estas imágenes de Chandra de cuatro de los objetivos. Se necesita la capacidad de imagen nítida de Chandra para separar los múltiples, imágenes con lente de cada cuásar.

El avance clave realizado por los investigadores en este estudio fue que aprovecharon la "microlente, "donde las estrellas individuales en el intermedio, La galaxia lente proporcionó un aumento adicional de la luz del cuásar. Un aumento mayor significa que una región más pequeña está produciendo la emisión de rayos X.

Luego, los investigadores utilizaron la propiedad de que un agujero negro giratorio arrastra el espacio con él y permite que la materia orbite más cerca del agujero negro de lo que es posible para un agujero negro que no gira. Por lo tanto, una región emisora ​​más pequeña correspondiente a una órbita estrecha generalmente implica un agujero negro que gira más rápidamente. Los autores concluyeron a partir de su análisis de microlentes que los rayos X provienen de una región tan pequeña que los agujeros negros deben estar girando rápidamente.

Los resultados mostraron que uno de los agujeros negros, en el cuásar con lentes llamado "Cruz de Einstein, "está girando en, o casi en, la tasa máxima posible. Esto corresponde al horizonte de eventos, el punto de no retorno del agujero negro, girando a la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 670 millones de millas por hora. Otros cuatro agujeros negros en la muestra están girando, de media, aproximadamente a la mitad de esta tasa máxima. (El sexto no permitió una estimación de giro).

Para la Cruz de Einstein, la emisión de rayos X proviene de una parte del disco que es menos de aproximadamente 2,5 veces el tamaño del horizonte de eventos, y para los otros 4 cuásares, los rayos X provienen de una región de cuatro a cinco veces el tamaño del horizonte de eventos.

¿Cómo pueden estos agujeros negros girar tan rápido? Los investigadores creen que estos agujeros negros supermasivos probablemente crecieron al acumular la mayor parte de su material durante miles de millones de años a partir de un disco de acreción que giraba con una orientación y dirección de giro similares. en lugar de direcciones aleatorias. Como un tiovivo que sigue siendo empujado en la misma dirección, los agujeros negros siguieron ganando velocidad.

Los rayos X detectados por Chandra se producen cuando el disco de acreción que rodea el agujero negro crea una nube multimillonaria. o corona, por encima del disco cerca del agujero negro. Los rayos X de esta corona se reflejan en el borde interior del disco de acreción, y las fuertes fuerzas gravitacionales cerca del agujero negro distorsionan el espectro de rayos X reflejado, es decir, la cantidad de rayos X que se ven a diferentes energías. Las grandes distorsiones observadas en los espectros de rayos X de los cuásares aquí estudiados implican que el borde interior del disco debe estar cerca de los agujeros negros, dando más evidencia de que deben estar girando rápidamente.

Los quásares se encuentran a distancias que van desde los 8.800 millones hasta los 10.900 millones de años luz de la Tierra. y los agujeros negros tienen masas entre 160 y 500 millones de veces la del sol. Estas observaciones fueron las más largas jamás realizadas con Chandra de cuásares con lentes gravitacionales, con tiempos de exposición totales que oscilan entre 1,7 y 5,4 días.