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Con un telescopio sencillo de 20 centímetros de diámetro se pueden detectar los cambios de luz que producen algunos agujeros negros cuando, de vez en cuando, emiten enormes cantidades de energía. Lo ha demostrado un equipo internacional de astrofísicos al observar V404 Cygni, un sistema binario de estrella y agujero negro que ‘despertó’ el año pasado en la constelación del Cisne.
Un equipo internacional de investigadores informa esta semana en la revista Nature que la actividad de los agujeros negros que están próximos y activos se puede detectar por la luz visible durante sus estallidos o explosiones. Con un simple telescopio de 20 centímetros se ven los cambios de iluminación del objeto.
"Ahora sabemos que podemos hacer estas observaciones basadas en rayos ópticos –es decir, en luz visible– y que los agujeros negros se pueden observar sin necesidad de potentes telescopios de rayos X o rayos gamma", explica el autor principal, Mariko Kimura, un estudiante de master en la Universidad de Kioto (Japón).
Los resultados del equipo confirman que los rayos ópticos, y no solo los rayos X utilizados hasta ahora, proporcionan datos de observación fiables para seguir la actividad de los agujeros negros. La luz parpadeante que emerge de los gases que los rodean sirve de indicador.
En este caso el objeto de estudio ha sido V404 Cygni, uno de los sistemas binarios más próximos a la Tierra formado por un agujero negro y una estrella compañera en órbita ligeramente menos masiva que el Sol. Se sitúan en la constelación del Cisne a unos 7.800 años luz de distancia. Después de 26 años inactivo, este sistema ‘despertó’ el 15 de junio 2015 y experimentó este tipo de explosión.
Una vez cada varias décadas, sistemas binarios como este sufren ‘estallidos’, en el que enormes cantidades de energía –incluyendo llamaradas de rayos X– se emiten desde el material que cae en el agujero negro. Este suele estar rodeado por un disco de acreción, en el que el gas de la estrella compañera se desliza lentamente hacia el agujero en forma de espiral.
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Las actividades de los agujeros negros se observan normalmente a través de los rayos X que se generan en las partes internas de estos discos de acreción, donde las temperaturas alcanzan los 10 millones de grados Kelvin o más.
El equipo internacional tuvo éxito en la obtención de cantidades sin precedentes de datos de V404 Cygni, detectando patrones repetitivos con escalas de tiempo que oscilan desde 100 segundos a 2,5 horas. Los patrones de fluctuación óptica detectados se pudieron correlacionar con la de los rayos X.
Con los análisis de las observaciones ópticas y de rayos X, los astrónomos de la Universidad de Kioto –desde donde se ha liderado el trabajo- y otras instituciones japonesas mostraron que la luz se origina desde los rayos X que emanan de la región más interior del disco de acreción que rodea el agujero negro. Luego estos rayos X irradian y calientan la región exterior del disco, por lo que se emiten rayos ópticos y, por lo tanto, se hace visible para el ojo humano.
Participación española en el seguimiento internacional
La observación de los estallidos de V404 Cygni fue fruto de una colaboración internacional entre astrónomos de países con diferentes zonas horarias. Desde España participaron investigadores de la Universidad de Huelva y el Observatorio de Cantabria.
"Las estrellas solo se pueden observar en la oscuridad y cada noche tenemos un número de horas limitadas, pero al hacer observaciones en diferentes lugares de todo el mundo somos capaces de obtener datos más completos", dice el coautor Daisaku Nogami. "Estamos muy contentos de que nuestra red de observación internacional fuera capaz de reunirse para documentar este raro evento".
El estudio también ha revelado que las variaciones ópticas repetitivas ocurren a tasas de acreción de masa inferiores a una décima parte de lo conocido hasta la fecha para otros sistemas binarios similares.
Según los autores, esto indica que el principal factor desencadenante de las oscilaciones en luz visible de los agujeros negros parece estar relacionado con un periodo orbital largo, más que con la tasa de acreción de la masa, porque no hay gas suficiente en la parte exterior del disco de acreción para soportar una acumulación continua hacia el interior.
Por lo tanto, podría ser la acreción esporádica de material la que causa las oscilaciones en los sistemas de periodo largo. En cualquier caso, los investigadores destacan que este estudio abre nuevas vías para comprender como los agujeros negros acumulan la materia circundante.
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Compilación de 716 frames CCD tomados en tres noches donde se muestra el brillo y oscurecimiento de V404 Cyg. / Newcastle Observatory
Referencia bibliográfica:
Mariko Kimur et al. “Repetitive patterns in rapid optical variations in the nearby black-hole binary V404 Cygni”. Nature, 6 de enero de 2016.
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