MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Astronomía y Astrofísica

Revelan el origen de los chorros escupidos por un agujero negro

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Los estallidos de rayos X que emanan de algunos agujeros negros cuando absorben material proceden de su corona de gas caliente, que se contrae durante el proceso, y no del disco de acreción de material que rodea estos oscuros objetos. Así lo revela la observación de uno de estos brillantes fenómenos realizada desde la Estación Espacial Internacional.

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SINC | | 09 enero 2019 19:00

<p>Ilustración de un agujero negro, con su disco de acreción y corona, representada como una luz blanca en la base del chorro de rayos X. / NASA - JPL-CalTech</p>

Ilustración de un agujero negro, con su disco de acreción y corona, representada como una luz blanca en la base del chorro de rayos X. / NASA - JPL-CalTech

Un agujero negro de tamaño estelar es tan grande como una ciudad pero con una masa hasta diez veces la del Sol. Cuando uno de ellos engulle el material procedente de un objeto próximo, como una estrella, emite potentes chorros de rayos X.

La emisión transitoria de rayos X del agujero negro se ha monitorizado con el instrumento NICER desde la Estación Espacial Internacional

Se trata de eventos transitorios, que brillan durante un tiempo y luego se desvanecen. Su detección sirve para estudiar la evolución de todo el sistema, aunque es objeto de debate si estos destellos de rayos X los genera el disco de acreción (un anillo de escombros que caen en el agujero negro) o la corona, una región compacta de gas caliente situada encima.

Ahora un equipo internacional de astrofísicos, liderado por la investigadora Erin Kara de la Universidad de Maryland (EE UU), ha analizado el evento transitorio de agujero negro llamado MAXI J1820 + 070. Se detectó en marzo de 2018 y la evolución de su emisión de rayos X se ha monitorizado con el instrumento Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) desde la Estación Espacial Internacional.

Cuando los investigadores siguieron el fenómeno, encontraron que la corona que rodea el agujero negro se encogía, mientras que apenas se producía una pequeña modificación en el tamaño del disco de acreción.

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La revista Nature recoge en portada este estudio sobre un agujero negro, que engulle material desde una estrella. / Aurore Simonnet - Nature

El estudio, que esta semana aparece en portada de la revista Nature, indica "que es la contracción de la corona y no los cambios en el tamaño del disco de acreción lo que causa los cambios observados". Es decir, que la evolución de los estallidos de rayos X está controlada por la corona del agujero negro mientras este absorbe material.

Para llegar a esta conclusión, el método que han empleado los autores es el mapeo de reverberación, que utiliza la luz para analizar la estructura de la materia alrededor de agujeros negros supermasivos (del tamaño de un sistema solar y con millones de masas solares). Ahora Kara y sus colegas lo han aplicado con éxito a agujeros negros mucho más pequeños.

Cómo el eco de una gota en una cueva

Según explica la profesora Daryl Haggard del McGill Space Institute (Canadá) en un artículo paralelo publicado también en Nature, “para tener una idea de cómo funciona esta técnica puedes imaginar que escuchas el agua goteando dentro de una cueva. Primero oyes el sonido de cada gota y luego su eco cuando el sonido rebota en las paredes. Cuanto más grande es la cueva, más largo es el retraso de la reverberación entre el goteo y el eco”.

“Este sonido del goteo es análogo a la luz (de rayos X) que se emite desde la corona de un agujero negro –prosigue la experta–, y el eco es similar a la luz de la corona que interactúa con el borde interior del disco de acreción y se vuelve a emitir”.

De esta forma se ha comprobado que el retraso del tiempo de reverberación entre ambas emisiones lumínicas es más corto que lo observado anteriormente en agujeros negros de masa estelar, lo que indica que su disco interno permanece cerca de él, apenas se mueve, y es la corona la que evoluciona con el tiempo.

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Dos modelos de agujero negro a partir de mapas de reverberación. En el primer caso se observa un retardo de reverberación largo entre los rayos X emitidos desde la corona y los que interactúan con el borde interior del disco de acreción y se vuelven a emitir, lo que implica que ese borde está lejos del agujero negro y es el disco el que evoluciona con el tiempo (flechas naranjas). Sin embargo, Kara y sus colegas han detectado retrasos de reverberación cortos, lo que indica que el disco interno permanece cerca del agujero negro sin apenas moverse y es la corona la que evoluciona. / Daryl Haggard - Nature

Los 131 segundos de parpadeo de otro agujero negro 

Otro estudio, presentado esta semana en la revista Science y en el congreso de la Sociedad Astronómica de EE UU que se está celebrando en Seattle, ofrece datos sobre un raro fenómeno observado el 22 de noviembre de 2014: el agujero negro supermasivo del centro de una galaxia engulló a una estrella pasajera y generó una explosión de rayos X.

Ahora, los datos recogidos revelan que el pulso de rayos X es intenso, estable y periódico. La señal emana de un área muy cercana al punto de no retorno del agujero negro, parpadea cada 131 segundos y persiste durante al menos 450 días. El agujero negro gira al 50 % de la velocidad de la luz.

Actualizado el 10/01/2019 a las 8:00

Referencias bibliográficas:

Erin Kara et al.: “The corona contracts in a black-hole transient”. Daryl Haggard: “Black hole goes with the flow”. Nature, 9 de enero de 2019.

Dheeraj R. Pasham, Ronald A. Remillard et al.: “A loud quasi-periodic oscillation after a star is disrupted by a massive black hole”. Science, 9 de enero de 2019.

Zona geográfica: Norteamérica
Fuente: SINC

Comentarios

  • fisivi |16. enero 2019 09:28:09

    Sería interesante saber qué porción de la materia que se acerca a un agujero negro "cae" realmente en él, y qué porción sale disparada por el chorro relativista, aunque sea en forma de radiación electromagnética.
    La poca masa que alcanzan los agujeros supermasivos en relación a la masa de las galáxias que los albergan me hace pensar que es muy poca la porción de la masa que se acerca la que cae. Esto podría hacer, me imagino, que los chorros tuvieran una masa superior a la de la galáxia, distribuida por su eje de rotación. La atracción de este eje sobre las zonas periféricas de la galáxia no disminuiría con el cuadrado de la distancia al centro, sino mucho menos, porque no se ejercería desde un punto central, sino de una línea perpendicular a la galáxia, de enorme longitud, quizá mayor que el tamaño de la galaxia. Esto explicaría que la rápida rotación de la periferia no lance al vacío su masa. En resumen, la materia oscura estaría en el eje de la galáxia viajando a velocidades relativistas.

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