Revelan el origen de los chorros escupidos por un agujero negro

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.

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.

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.

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.

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

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.

Fuente: SINC