Por qué Sgr A* acreta materia de forma tan ineficiente

Dibujo20130829 Zoom into the galactic center - supermassive black hole Sgr A emitting a broad spectrum of light from radio up to x-rays

Sgr A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, ha sido observado por el telescopio espacial Chandra de rayos X. Hay una fuente puntual rodeada por una región de 2″ (segundos de arco) con estrellas muy débiles y nubes de gas. El 99% de este gas no alcanza el horizonte de sucesos de Sgr A*, porque el flujo de entrada es casi equilibrado por un flujo de salida, impidiendo que la materia capturada en esta región llegue a acercarse al horizonte. Por ello el brillo de Sgr A* en rayos X es un millón de veces menor del esperado (pues su tasa de acreción debería ser de 10-5 masas solares por año). Que la materia cercana a Sgr A* sea eyectada es una predicción de los modelos teóricos RIAF (por Radiatively Inefficient Accretion Flows) para agujeros negros que acretan materia de forma muy ineficiente. En los próximos meses una gran nube de gas colisionará con Sgr A* y debería provocar un incremento de su luminosidad en un factor de un millón confirmando estos modelos teóricos. Habrá que estar al tanto. Nos lo cuenta Jeremy D. Schnittman, “The Curious Behavior of the Milky Way’s Central Black Hole,” Science 341: 964-965, 30 Aug 2013, que se hace eco de Q. D. Wang et al., “Dissecting X-ray–Emitting Gas Around the Center of Our Galaxy,” Science 341: 981-983, 30 Aug 2013.

Dibujo20130829 X-ray overview 56 x 46 arcseconds around Sgr A-star - Science mag

En el centro de la Vía Láctea se encuentra un agujero negro supermasivo llamado Sgr A* (Sagitario A-estrella), un laboratorio ideal para estudiar la teoría de la relatividad general bajo condiciones extremas. Esta figura muestra una región de 56′′ × 46′′ a su alrededor. La región central (rodeada de un círculo blanco a trazos discontinuos) marca la región central de Sgr A* donde Chandra ha obtenido las nuevas observaciones que se publican en Science. El telescopio Keck ha observado el movimiento de las estrellas alrededor de Sgr A* indicando que tiene unos 4 millones de masas solares concentrada, según los radiotelescopios, en una región con un radio menor de 40 millones de kilómetros. Un agujero negro así sólo puede acretar la materia que se encuentra en una región de 4″ (segundos de arco).

Dibujo20130829 X-ray images of Sgr A-star in quiescence - Science mag

Los rayos X tienen una longitud de onda muy corta y permiten obtener imágenes de alta resolución. El telescopio Chandra de rayos X permite obtener imágenes con una resolución de 0,4″ (recuerda que 1″ corresponde a unas cien mil veces su radio de Schwarzschild). El perfil de temperatura y densidad de las nubes de gas en la región a 2″ de Sgr A* muestra múltiples estrellas, demasiado débiles para ser observadas de otro modo, y nubes de gas con lo que parecen chorros de materia arrancados a las estrellas y dirigidos hacia el agujero negro. Pero por alguna razón gran parte de este gas (como un 99%) no alcanza el horizonte de sucesos del agujero negro.

Dibujo20130829 extracted from the inner circle with local-background-subtracted and model fits - Science mag

El espectro de rayos X muestra líneas de emisión que permiten estimar la temperatura y densidad del gas. La nueva medida permite rechazar la hipótesis de que su origen sqan llamaradas estelares originadas en la corona de las estrellas que rodean Sgr A*. Hay cuatro razones para ello, entre las que destaca que se trata de una emisión en reposo que no muestra variaciones en escalas de tiempo de horas o días, como se esperarIa de las erupciones coronales de estrellas individuales. El espectro observado ha sido ajustado con las predicciones de los modelos RIAF mostrando un ajuste excelente. El perfil de densidad sugiere la presencia de un flujo de salida que casi equilibra el flujo de entrada, resultando que menos del 1% de la materia inicialmente capturada en esta región llega a penetrar a la región más interna alrededor de Sgr A *, lo que reduce su potencial de acreción de materia. Esto explica su baja luminosidad bolométrica y la ausencia de chorros de gran alcance.

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8 pensamientos en “Por qué Sgr A* acreta materia de forma tan ineficiente

  1. Porque no es un agujero negro. es un plasmoide.

    Y con todos mis respetos a la señora gravedad, esa nube de “gas” se regirá más por fuerzas electromagnéticas que por gravitatorias. Porque no es gas, es plasma.

    • ¿Plasmoide? ¿Que un plasma no es un “gas”? ¿Me he perdido algo? Oye, si quieres decir chorradas, hazlo en tu blog o explícate mejor (yo he recibido también esta lección aquí). Si entras en un blog de divulgación, esperamos que te expliques un poco mejor.

      1º. Si la nube se rige más por fuerzas electromagnéticas que por gravitatorias, ¿por qué está “cayendo” hacia Sagitario A?

      2º. Sobre que un plasma no es un gas…No sé si conoces la definición plasma o la más elemental de gas como “fluido” que nos enseñan en la escuela elemental o sobre la que puedes informarte con libros, blogs, revistas e internet antes de soltar semejante comentario. Tu frase

      “(…)No es gas, es plasma(…)” es evidentemente capciosa y puede malinterpretarse. Define gas y define plasma (según tú), y entonces, si eso lo tienes claro, puedes decir eso (que no pienso que sea así, por otra parte). Demuestra tu sapiencia y dinos por qué no es un gas sino un plasma. Yo te doy mi idea de lo que está hecho un plasma: plasma (electromagnético, no voy a hablar del “plasma de quark-gluón” para no complicar la definición, aunque se puede extender) se entiende en física como el estado de la materia en el que un átomo ha perdido los electrones normalmente ligados a él y se encuentran en movimiento; más generalmente, puedes imaginarlo como un conjunto de átomos, moléculas o iones -partículas en general- en los que se ha perdido la cohesión electromagnética de las mismas; esto es, un plasma es un “gas” de partículas -o medio si te vas a la aproximación del continuo- cargadas no ligadas electromagnéticamente, y se le llama el cuarto estado fundamental de la materia. Cuando las partículas cargadas de plasma (que se mueven de forma azarosa y caótica, similar al “caos molecular” de la teoría cinética convencional) se mueven, generan campos magnéticos que afectan al moviemiento de las mismas de forma colectiva. Ejemplos normales de plasma van desde el relámpago en la tormenta al que se usa en experimentos de fusión nuclear o el propio que genera las auroras boreales cuando nos llegan los remanentes de las erupciones solares hasta la Tierra.

      Definir las condiciones bajo la que se establece un plasma es sutil (y puedes encontrarlas por ejemplo en la wikipedia o mejor en un libro de física de plasmas; hay algún libro de la editorial URSS que podrías leer porque requiere un mínimo de matemáticas que supongo tienes…).

      Insisto, si quieres trollear, hazlo de forma más consistente. :).

      PS: Simple curiosidad, ¿te crees lo que escribes en tu blog o lo escribes porque estás aburrido y no tienes nada mejor que hacer?

      • Tienes razón en que es difícil establecer los límites entre plasma y gas, y en decir que “no es un gas” no es correcto.

        Influyen muchos parámetros, pero el comportamiento de una nube como esa no es el de un gas sin ionizar, por eso dije eso.

        Podríamos decir que un gas es un grupo de personas, y un plasma es una manifestación.
        Si suficientes personas del grupo empiezan a manifestarse, aunque no todas estén manifestándose, se comportan como tal movidos por los que sí lo hacen.

        Decir que esa nube es de gas me parece como decir que hay un grupo de personas en la puerta del sol cuando lo que se ve es una manifestación. Ce, ce, o, o, diría lo contrario.

        Nos han acostumbrado a hablar de gases y vientos cuando deberían decir plasma y corrientes eléctricas. Pero “eléctrico” es tabú, aunque ya se habla de magnetismo a gran escala, que algo es algo. Lástima que el magnetismo lo provoquen siempre corrientes eléctricas y éstas no se mencionen.

        Pero tienes razón, no debería soltar todo esto y lo del plasmoide aquí porque ahora tendría que explicar las pajas mentales de los del universo eléctrico. Una pena porque sus ideas me parecen buenas pero de ciencia están haciendo poquito,

        Y aunque siga pensando que la hipótesis tácita de que el electromagnetismo no afecta a gran escala nunca se ha comprobado y se da por sentada alegremente aunque haga falta sacarse singularidades gravitatorias de la manga, la verdad es que no tengo ganas de discutir con la gente sobre eso, sobre todo con gente que creen que son chorradas.

      • 1) Me alegra ver que admites tus tremendas equivocaciones.

        “(…)es difícil establecer los límites entre plasma y gas, y en decir que “no es un gas” no es correcto.(…)”

        2) Yo no he dicho, ni nadie (ni siquiera en el artículo de Francis, creo yo), ha dicho que el electromagnetismo a gran escala no sea importante (en condiciones donde hay emisiones de jets y materia ionizada, como cerca de estrellas, nebulosas y otros lugares con fuertes campos magnéticos, seguro que los fenómenos electromagnéticos son relevantes).

        3) El punto es que a gran escala, el electromagnetismo es neutro, puesto por conservación de la carga eléctrica, que es una ley fundamental, debe haber el mismo número de cargas positivas que negativas en todo el cosmos (otra cuestión diferente es por qué hay sólo materia en vez de antimateria; el punto es que la materia es eléctricamente neutra, y eso es fundamental). Cuando añades la física cuántica, por ejemplo en QED, sabes que los campos fuertes electromagnéticos inducen polarización del vacío, pero de nuevo ahí hay “equilibrio de cargas”, no puedes alegar que el universe es “eléctrico” a gran escala, eso no es correcto. Simplemente se puede decir que en física cuántica el vacío se comporta de forma similar a un “medio dieléctrico” porque a diferencia de física clásica, se polariza. La polarización del vacío históricamente fue algo muy importante para asentar las ideas de Dirac sobre las antipartículas y su ecuación. Además de que la polarización del vacío induce correcciones cuánticas al potencial Coulombiano, siendo la más relevante una de tipo logarítmico.

        4) A ver si te aclaro algo. En relatividad, hablar de magnetismo es hablar de electricidad, cualquier licenciado o persona que entienda electrodinámica, relatividad o incluso QFT entiende eso. El magnetismo es esencialmente un tipo “especial” de campo eléctrico o electricidad que aparece en ciertos sistemas de referencia. Así que la distinción entre campo magnético (y magnetismo) o campo eléctrico no es esencial, son aspectos de la misma cosa, efectivamente generados por las corrientes eléctricas, pero ahí acaba tu paja mental.

        5) Sigues sin responder a la pregunta del millón, ¿tu piensas que la nube cae hacia Sagitario A por fuerzas eléctricas? Si es así, y lo pruebas, llama a alguien. Personalmente, dudo que lo logres…

        6) Sobre lo que dices “(…)Una pena porque sus ideas me parecen buenas pero de ciencia están haciendo poquito(…)”.

        Bases del método científico moderno:

        a) Experiencia: experimentos. Un experimento debe ser reproducible. Una hipótesis es científica si puede ser falsada por el experimento (Popper). El experimento puede ser el primer paso para la comprobación de una hipótesis, modelo o teoría, o el método mediante el cual una teoría, modelo o hipótesis se comprueba si tal teoría es “predicitiva” y no meramente descriptiva. Si el experimento “acepta” la hipótesis, modelo o teoría, eso NO significa que la teoría sea cierta para siempre, sino que que puede ser correcta en las condiciones y aproximaciones de dicha hipótesis, modelo o teoría. Si por el contrario, el experimento “no acepta” la hipótesis, modelo o teoría, ésta es falsa y …O bien se tira a la papelera o bien se modifican las hipótesis, modelos o teorías para tener consistencia con el experimento ( en términos de la terminología de Kuhn, el fallo de una teoría para explicar una teorís se corresponde con los cambios de paradigma porque nos lleva a abandonar generalmente teorías nuevas; si adoptas la filosofía de Lakatos, un experimento puede llevar simplemente al cambio del conjunto de hipótesis hasta ese momento establecidas, lo que puede producir una revolución si el experimento nos lleva a cambiar el “hard core” de nuestro conocimiento y teorías, o simplemente un mero cambio en el “auxiliar core” de las mismas). Una teoría es pseudocientífica si es incapaz de predecir nuevos fenómenos ya explicados por teorías previas (o explicar de forma más simple y sencilla, así como consistente matemáticamente). Una teoría, en el sentido de Lakatos y su idea de “los programas de investigación” puede ser “progresiva”, si nuevos experimentos y fenómenos predichos por las teorías en vigor se ven refrendados (mira lo que ha pasado con el Higgs y el Modelo Estándar), o bien puede ser “degenerada” cuando fenómenos y predicciones que hace se ven refutadas (piensa si quieres en el modelo de Thomson, y las predicciones que “hacía” para el experimento de Rutherford, si es que alguna vez has hecho tú mismo los cálculos y/o los has visto).

        b) Reflexión y pensamiento crítico. El lenguage de la Ciencia son las matemáticas. Las matemáticas no son meramente un lenguaje (remarcado por el mismo Feynman en El Carácter de la Ley Física). Es un lenguaje razonado. Toda aseveración hecha a partir de los fenómenos por inducción o por una teoría por deducción, por medio de nuestra intuición creativa y el pensamiento lógico-matemático permite la elaboración de sentencias susceptibles de inferencia. La imaginación juega un papel muy importante aquí hasta cierto punto, pero no cualquier idea imaginada o pensada es científica. Sólo lo es si parte de una “reflexión” y “lógica” proposional elemental. La consitencia es la parte esencial aquí, porque, desde el punto de vista Físico, toda teoría es incompleta mientras no exista la Teoría Final.

        c) Elaboración de leyes, principios, teorías a partir de hipótesis. Se puede llegar a la explicación de fenómenos con leyes, principios o teorías mediante el experimento inductivamente, o mediante el método axiomático o postulacional (que tiende al reduccionismo y no necesariamente al holismo), intentar explicar los fenómenos y predecir otros nuevos a ser comprobados.

        d) Simplicidad y belleza. Las teorías han de ser “simples” y hasta cierto punto “bellas” matemáticamente. Estas nociones son, sin embargo, bastante subjetivas. Generalmente, para el criterio de simplicidad suele usarse la navaja de Occam (no multiplicar las entidades fundamentales-principios, leyes, o sustancias,…). Para el criterio de “belleza”, en mi opinión, es inherente al de simplicidad y el uso correcto de buenas notaciones y formalismos matemáticos.

        Comentario:

        1º. Decir que el fundamento del cálculo infinitesimal no tiene sentido, así como lo que dices de que una velocidad instantánea no existe, es ridículo y absurdo. Mides la velocidad instantánea con el velocímetro de tu coche todos los días. Una cosa totalmente diferente es si la divisibilidad del espacio contína ad infinitum (físicamente sospechamos que no, pero eso sólo se notaría a escala cuántica y cierta escala de energía, por lo que una derivada como límite es algo bien definido matemáticamente, cualquiera que estudia cálculo lo comprende fácilmente; ¿vas a decir que Newton y Leibniz elaboraron independientemente el cálculo infinitesimal para que una velocidad, la derivada de una función en un instante del tiempo, fuera algo que no pudiera ser definido matemáticamente? Te has cubierto de gloria tío…Lee los Principia Mathematica, si no lo has hecho…Por cierto, posiblemente no lo entiendas, pero el fluxión (lo que hoy llamamos derivada, a la Leibniz) en un punto es el ritmo de cambio con respecto a un parámetro variable dado de los incrementos evanescentes de la variable tomados en el punto en cuestión. Y eso es algo bien definido matemáticamente. Insisto, una cosa muy distinta es que a cierta escala, ya no podemas subdividr más “el espacio” o “el tiempo” (si son “cuánticos”), pero eso de momento no ha pasado (la longitud fundamental L para que eso ocurra es evidentemente pequeña, pero eso no invalida para nada ni la noción de derivada o la de integral a escala efectiva macroscópica, ¿te enteras? Son dos cosas diferentes y coherentes entre sí mientras no lleguemos al punto donde la discretitud de las variables espacio-tiempo se hagan manifiestas). Sobre el cálculo umbral, te recomiendo leas un poco sobre lo que es, para que no confundas manzanas con zanahorias a la hora de decir que una modificación del cálculo basado en cálculo umbral lo invalida.

        2º. “(…)que la hipótesis tácita de que el electromagnetismo no afecta a gran escala nunca se ha comprobado y se da por sentada alegremente aunque haga falta sacarse singularidades gravitatorias de la manga, la verdad es que no tengo ganas de discutir con la gente sobre eso, sobre todo con gente que creen que son chorradas.(…)”

        Sobre la parte del electromagnetismo a gran escala, ya te he dicho que eso no tiene nada que ver con decir que la nube “cae” hacia Sagitario A por efecto gravitacional. ¿Ves algo electromagnético hacia donde cae la nube? La nube está cayendo por efecto gravitacional.

        Hombre, para demostrar que lo que dices no son chorradas, debes dar argumentos, como me los dio Kac. Si no, lo único que haces es escurrir el bulto con teorías paranoicas y conspiranoicas (ojo, yo mismo tengo mis comidas de tarro). Nadie ha visto una singularidad espacio temporal todavía, son una “predicción” de la relatividad general (realmente, si pasas de la conjetura del censor cósmico, una singularidad es simplemente un lugar donde el espacio-tiempo no está bien definido y que pensamos que no es físico, puesto que la Relatividad General es una teoría efectiva macroscópica válida en cierto régimen, no podemos aplicar la relatividad general a objetos muy pesados y muy pequeños, para R menor que el radio de Schwarzschild, que es lo que se entiende generalmente como definición operativa de agujero negro; una singularidad como punto donde la métrica no está bien definida nos hace concluir otras cosas; desde luego, un agujero negro o una métrica tiene un efecto gravitacional, que es lo que dice la teoría de Einstein).

        En resumen, yo no quiero discutir esto, evidentemente, porque mi juicio me hace ver que SON chorradas,…Si no lo son, hasta ahora no te visto dar ni un solo argumento consistente en defensa de las hipótesis mencionadas. Sólo has reconocido tus “errores de lenguaje”. Por cierto, en relación a todo esto, y dado lo que acabo de escribir,

        ¿Tu citando a un tipo como el Mathis que escribe BASURA matemática sí que haces Ciencia? Permite que me tronche de RISA, JAJAJAJAJAJAJAJAJAJAJAJAJAJAJAJA…

        P.S.: Esto es un ejemplo de Matemáticas modernas,
        http://arxiv.org/abs/1308.6650
        y lo demás (como lo tuyo de tu blog o lo del Mathis) es simplemente entrar a fastidiar, mentir, trolear y vender ideas que parecen sacadas de la congregación de los pseudocientíficos con intención de “vender” la moto y parecer más inteligentes. Si alguien tiene realmente ideas revolucionarias correctas, no hace lo que ese tipo.

        PS(II): Esta es mi última contribución para intentar convencerte de la falacia de Mathis y de tus argumentos. Caen por su propio peso, sinceramente.

        PS(III): La polarización gravitacional del vacío es algo que posiblemente sea predicción de la gravedad cuántica, pero a escalas macroscópicas es un efecto pequeño (aunque somos unos cuantos quienes hemos pensado sobre ello en el contexto de materia y energía oscura, a la MOND).

        PS(IV): En Ciencia, como en cualquier otra actividad humana, todo depende de los prejuicios que tengas. Si quieres creer en tonterías inconsistentes, puedes hacerlo. Es como si nos pides que creamos en el modelo de Rutherford del átomo, que es inconsistente, o más bien, un modelo aproximado que no explica la estabilidad atómica por su “clasicidad”. No puedes hacer “nueva física” sin explicar con la misma nueva teoría todo lo anterior. Redefinir el cálculo o argüir la hipotética idea del efecto del electromagnetismo a gran escala NO va en contra de la física. Por ejemplo, M-theory y superstrings predicen modificaciones no lineales al electromagnetismo, conocidas como teorías de Dirac-Born-Infeld que podrían tener influencia a gran escala (digo “podrían”, porque son efectos generalmente pequeños dada la naturaleza los parámetros de deformación de dichas teorías con respecto al electromagnetismo usual). Hay variaciones para la definición de cálculo en espacios no diferenciales, no continuos y hasta en (multi)fractales. El punto es que a ciertas escalas, debes recuperar lo que tienes a escala macroscópica usual (que sabemos algo bien definido) para funciones “suaves” suficientemente bonitas (suficientemente diferenciables y continuas). No puedes llegar aquí a vender la moto de cosas que no pasan tests de consistencia interna, ni puedes o tienes decir que porque Tú pienses que está bien, puedes discutir sobre algo que es a todas luces pseudocientífico e ilógico. NO te escudes en que te gusten sus ideas para marear la perdiz. Eso no tiene nada que ver (el que te guste o no), con el requirimiento de consistencia mínimo de una teoría (véanse diversos criterios de ideas científicas dados arriba o en la literatura) y que al parecer desdeñas totalmente. Se puede discutir en Ciencia, pero no puedes alegremente decir (tú o Mathis o cualquiera, tanto da): “(…)Una derivada -o variación- instantánea (de una función) no tiene sentido(…)”

        Eso, perdona, es ser, y lo digo con acritud y respeto, un analfabeto matemático. No es culpa tuya, solamente, hay muchos analfabetos matemáticos en el mundo, muchísimos. Pero soltar esa perla en un foro donde hay muchos científicos y gente con conocimientos básicos de análisis, es ser simplemente un personaje que quiere llamar la atención. Yo paso de esas cosas. Para mí la discusión “temática” y “multi-threads” termina aquí (estoy aún liado con cosas que pensaba haber acabado ya a estas alturas de Septiembre). Saludos y estudia un poco más. O trolea de forma más consistente, insisto, porque al final uno se aburre de encontrar paredes como tú. Me gustó más mi discusión con Kac-Moody, aprendí y recordé cosas…Y, eso me recuerda, que tengo aún que responderle a dos cosas (a ver si saco tiempo) que quedaron pendientes (en las otras perdí la batalla-no siempre se gana, hay que admitir cuando uno se equivoca y yo no soy una excepción, si y sólo si me dan argumentos concretos y consistentes como lo hizo él).

        Saludos, y que te vaya bonito con “Mathis Stuff”

  2. Roberto, ¿qué es un plasmoide? ¿Qué tiene que ver el plasma con la gravedad? El sol es plasma y es super-gravitatorio.

  3. Bueno, pero entonces este super agujero negro parece que està durmiendo una siestecita despues de haberse manduqueado algunas estrellas, nubes de gases y demàs estremeces.

  4. Recomiendo el artículo “La benevolencia de los agujeros negros” de Caleb Sharf en Investigación y Ciencia Octubre 2012. Un resumen aquí:
    http://www.investigacionyciencia.es/investigacion-y-ciencia/numeros/2012/10/la-benevolencia-de-los-agujeros-negros-9083
    La actividad moderada del agujero negro central de la Vía Láctea sería fundamental para la formación de estrellas y para la aparición de vida en la galaxia. Aunque no me queda claro si con moderada se refiere a la actividad actual de Sgr A* o a su actividad media en términos temporales, con periodos de reposo y periodos de mayor actividad, donde ahora estaríamos en un periodo de reposo.

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