Los discos de acreción de los cuásares son estructuras gaseosas alrededor de agujeros negros supermasivos, donde la materia se calienta hasta cientos de miles de grados y brilla desde los rayos X hasta el infrarrojo. No se pueden observar directamente: incluso en los cuásares más cercanos, el disco ocupa en el cielo un ángulo menor de una millonésima de segundo de arco. Por eso los astrónomos recurren a métodos indirectos: el mapeo por reverberación (la respuesta de la emisión a la variabilidad del centro) y el microlente gravitacional (el aumento de la luz por estrellas en la galaxia que actúa como lente). Ambos métodos dan tamaños varias veces mayores que los que predice el modelo clásico de disco delgado de Shakura y Sunyaev. Sin embargo, las estimaciones previas por microlente se basaban en datos heterogéneos en ultravioleta y se limitaban a las regiones internas del disco, con radios de hasta cinco días luz. El trabajo de Motta y Mediavilla extiende las mediciones hasta 14 días luz, utilizando un conjunto homogéneo de espectros en el infrarrojo cercano.
Los investigadores utilizaron datos del telescopio espacial «Hubble» para siete cuásares con lentes gravitacionales, en total 21 pares de imágenes. En los espectros identificaron líneas de emisión estrechas, como [OIII] en la longitud de onda de 5007 angstroms, que se originan en una región extendida y no están sujetas a microlente. Comparando el brillo del continuo y de estas líneas en diferentes imágenes, los autores calcularon la amplitud del microlensing. Luego modelaron mapas de amplificación para las masas estelares en la galaxia lente y los convolucionaron con perfiles gaussianos de disco de diferentes tamaños. Un análisis bayesiano permitió encontrar el radio de disco más probable en la longitud de onda de referencia de 5007 Å, y la combinación con una medición previa en 1026 Å dio la pendiente de la relación «tamaño–longitud de onda».
El radio medio del disco en la longitud de onda de 5007 Å resultó ser de 13.3+2.9−2.7 días luz. Esto es tres veces mayor que lo que predice el modelo de disco delgado. El exponente de la ley de potencia del tamaño con la longitud de onda resultó ser 0.68±0.23. El valor teórico de 4/3 se rechaza con un nivel de confianza del 98% (desviación de 2.33 sigma). El resultado es consistente con las estimaciones de mapeo por reverberación, que dan p alrededor de 0.8–0.9, aunque sus incertidumbres son mayores. La curva del tamaño del disco desde el rango de rayos X hasta el infrarrojo se encuentra sistemáticamente por encima de la predicción del disco delgado.
El trabajo muestra que la discrepancia con la teoría del disco delgado no se limita a las regiones internas, sino que persiste en radios dos veces mayores. Esto complica las explicaciones basadas en la contaminación de la región de líneas anchas o vientos: cualquier componente adicional debe contribuir a la radiación desde rayos X hasta el óptico sin alterar el balance energético. Entre los estudios vecinos de microlente en cuásares, esta investigación se destaca por el uso de líneas de emisión estrechas en el infrarrojo cercano, lo que proporciona un punto cero más fiable para el microlensing que los núcleos de líneas anchas. Otros grupos han utilizado mapeo por reverberación o microlente en ultravioleta, pero no tenían un brazo tan amplio en longitudes de onda.
El siguiente paso podría ser ampliar la muestra de cuásares con lentes que tengan espectros infrarrojos de alta resolución. Las nuevas observaciones con el «James Webb» permitirán obtener perfiles de temperatura aún más precisos y comprobar si la desviación se mantiene en radios superiores a 14 días luz. Los teóricos tendrán que revisar el modelo de disco delgado, posiblemente teniendo en cuenta campos magnéticos, turbulencia o procesos no térmicos.
Los resultados afectarán a los modelos de núcleos activos de galaxias y a las estimaciones de masas de los agujeros negros supermasivos, que a menudo se basan en los tamaños de los discos de acreción. También son importantes para interpretar la variabilidad de los cuásares en futuros sondeos del cielo.
Se planea aplicar el mismo método a un mayor número de cuásares con lentes gravitacionales y añadir datos en el infrarrojo medio. También es necesario precisar la distribución de masas de las estrellas en las galaxias que actúan como lente, para reducir la incertidumbre sistemática del tamaño.
Para la astrofísica de los discos de acreción, sigue abierta la cuestión del mecanismo de transferencia de momento angular y calentamiento de la materia. La desviación del perfil de temperatura respecto a la ley de los tres cuartos indica que el modelo alfa estándar de viscosidad es incompleto. El resultado también se relaciona con el problema del origen de las líneas de emisión anchas y el papel de los vientos en los cuásares.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
Los autores emplearon el microlente de siete cuásares con datos del Hubble en el infrarrojo cercano, utilizando las líneas estrechas como referencia para medir la amplitud. Obtuvieron un radio del disco de 13.3 días luz en 5007 Å, tres veces mayor que la teoría, y una pendiente de la relación tamaño-longitud de onda de 0.68±0.23, que rechaza 4/3 con un 98% de confianza.
Dónde está su fuerza
El uso de líneas de emisión estrechas en el infrarrojo cercano como punto cero no microlenteado proporciona una calibración más fiable, y la extensión hasta 14 días luz muestra que la discrepancia con el disco delgado persiste a radios mayores.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
Si la discrepancia con la teoría del disco delgado se confirma a radios grandes y en diferentes rangos espectrales, será necesario revisar los supuestos básicos sobre la estructura de los discos de acreción de los cuásares, lo cual es importante para comprender el crecimiento de los agujeros negros supermasivos y su retroalimentación con las galaxias.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El archivo está vacío alrededor de este trabajo: el análisis más cercano queda en 0.54, frente a un 0.64 habitual. Parece que aquí al lado casi nadie ha perforado.
El tamaño del disco, de 13 días luz, significa que la luz de su lado más lejano tarda 13 días más en llegar hasta nosotros que la del lado más cercano. Si tal disco se colocara en el sistema solar, su borde quedaría mucho más allá de la órbita de Neptuno.