Investigan agujeros negros violentamente variables

Observaciones únicas de la parpadeante luz de los alrededores de dos agujeros negros provee nuevos conocimientos sobre la colosal energía que fluye de sus núcleos.

Al mapear cómo las variaciones en luz visible concuerdan con aquellas de rayos-X, los astrónomos mostraron que los campos magnéticos deben jugar un rol crucial en la forma en que los agujeros negros engullen materia.

Impresión artística de los agujeros negros estudiados por los astrónomos. Los sistemas, designados como Swift J1753.5-0127 y GX 339-4, contienen, cada uno, un agujero negro y una estrella normal, separados por unos pocos millones de kilómetros. Esos es menos del 10% de la distancia entre Mercurio y nuestro Sol. Como los dos objetos se encuentran tan cercanos, una corriente de materia surge de la estrella hacia el agujero y forma un disco de gas caliente a su alrededor. Al colisionar la materia en este disco de acreción, se calienta a millones de grados. Cerca del agujero negro, intensos campos magnéticos los intensos campos magnéticos aceleran parte del gas en jets que fluyen en direcciones opuestas. El período orbital de Swift J1753.5-0127, de sólo 3,2 horas, es el más rápido encontrado en un agujero negro. El período orbital de GX 339-4, en contraste, es de 1,7 días.

Crédito:ESO/L. Calçada
ESO PR Photo 36/08
Star-Forming Region NGC 366

Como la luz de una vela, la luz proveniente de los alrededores de un agujero negro no es constante. "El rápido parpadeo de la luz de un agujero negro es observado principalmente en longitudes de onda de rayos-X", indica Poshak Gandhi, quien lideró el equipo internacional que reporte los resultados. "Este nuevo estudio es sólo uno de unos pocos a la fecha que también explora las rápidas variaciones en luz visible, y, más importante, cómo estas fluctuaciones se relacionan con aquellas en rayos-X".

Las observaciones rastrearon el fulgor de los agujeros negros simultaneamente usando dos instrumentos diferentes, uno en tierra y otro en el espacio. Los datos de rayos-X fueron tomados con el Satélite Rossi. La luz visible fue recolectada con la cámara ultrarápida ULTRACAM, en el VLT, que graba hasta 20 imágenes por segundo. ULTRACAM fue desarrollada por los miembros del equipo Vik Dhillon y Tom Marsh. "Estas observaciones están entre las más rápidas de un agujero negro obtenidas con un gran telescopio óptico", señala Dhillon.

Para su sorpresa, los astrónomos descubrieron que las fluctuaciones de brillo en luz visible eran aun más rápidas que aquellas en rayos-X. Además, las variaciones no son simultáneas, sino que siguen un patrón repetitivo y notable: justo antes de un destello de rayos-X, la luz visible se atenúa, y luego se incrementa a un fulgor brillante por una pequeña fracción de un segundo antes de decrecer rápidamente de nuevo.

Ninguna de estas radiaciones emergen directamente del agujero negro, sino del intenso flujo de energía de materia eléctricamente cargada en su vecindad. El entorno de un agujero negro está constantemente reformulándose por una descontrolada pelea de fuerzas como la gravedad, el magnetismo y una explosiva presión. Como resultado, la luz emitida por calientes flujos de materia varía en brillo de forma confusa y caprichosa. "Pero el patrón encontrado en este nuevo estudio posee una estructura estable que se destaca en una caótica variabilidad y así, puede proporcionar pistas vitales acerca de los procesos físicos subyacentes en acción", explica el miembro del equipo Andy Fabian.

La emisión de luz visible de los alrededores de agujeros negros, se pensaba que era un efecto secundario, con un estallido de rayos-X primario iluminando el gas circundante que subsecuentemente brillaba en el rango visible. Pero si fuera así, las variaciones de luz visible ocurrirían detrás de las variaciones en rayos-X y serían mucho más lentas en alcanzar un pico y desvanecerse. "El rápido parpadeo de luz visible ahora descubierto descarta inmediatamente este escenario para ambos sistemas estudiados", asegura Gandhi. "En cambio, las variaciones en rayos-X y luz visible deben tener un origen común, y uno muy cercano al agujero negro mismo".

Los poderosos campos magnéticos representan los mejores candidatos para el proceso físico dominante. Actuando como reservorios, pueden absorber la energía liberada cerca de un agujero negro, almacenándola hasta que pueda ser descartada ya sea como un caliente plasma de rayos-X o como corrientes de partículas cargadas viajando a una velocidad cercana a la de la luz. La división de energía en estos dos componentes puede resultar en el patrón característico de variabilidad de rayos-X y luz visible.

Los dos agujeros negros estudiados aquí, GX 339-4 y SWIFT J1753.5-0127, son los remanentes de fallecidas estrellas masivas en la Vía Láctea. Están embebidos en sistemas binarios separados, donde el agujero negro está relacionado con una estrella normal que está cediendo materia a su oscuro compañero. Ambos agujeros tiene masas de unas 10 veces la de nuestro Sol, aunque el tamaño de sus órbitas es sólo unos pocos millones de kilómetros, mucho más compacta que la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

Fuentes y links relacionados

• VLT and Rossi XTE satellite probe violently variable black holes
• SWIFT J1753.5-0127: a surprising optical/X-ray cross-correlation function
  Martin Durant, Poshak Gandhi, Tariq Shahbaz, Andy Fabian, Jon Miller, V. S. Dhillon, Tom R. Marsh
  The Astrophysical Journal Letters, 682:L45–L48, 20 julio 2008
  DOI:10.1086/590906
  arXiv:0806.2530v1
• Rapid optical and X-ray timing observations of GX 339-4: flux correlations at the onset of a low/hard state
  P. Gandhi, K. Makishima, M. Durant, A.C. Fabian, V.S. Dhillon, T.R. Marsh, J.M. Miller, T. Shahbaz, H.C. Spruit
  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
  Volume 390 Issue 1, Pages L29 - L33
  DOI:10.1111/j.1745-3933.2008.00529.x
  arXiv:0807.1529v1

Vía: Noticias del Cosmos