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Esta imagen muestra un espectacular conjunto de anillos alrededor de un agujero negro, captado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Observatorio Swift de Neil Gehrels. Las imágenes de rayos X de los anillos gigantes revelan información sobre el polvo situado en nuestra galaxia, utilizando un principio similar al de los rayos X que se realizan en las consultas médicas y en los aeropuertos.
El agujero negro forma parte de un sistema binario llamado V404 Cygni, situado a unos 7.800 años luz de la Tierra. El agujero negro está arrastrando activamente material de una estrella compañera -con aproximadamente la mitad de la masa del Sol- hacia un disco alrededor del objeto invisible. Este material brilla en rayos X, por lo que los astrónomos se refieren a estos sistemas como "binarias de rayos X".
Un equipo de investigadores dirigido por Sebastian Heinz, de la Universidad de Wisconsin en Madison, analizó 50 observaciones de Swift del sistema realizadas en 2015 entre el 30 de junio y el 25 de agosto, y observaciones de Chandra realizadas el 11 y el 25 de julio de 2015. Fue un evento tan brillante que los operadores de Chandra colocaron a propósito V404 Cygni entre los detectores para que otro estallido brillante no dañara el instrumento.
Los anillos informan a los astrónomos no sólo sobre el comportamiento del agujero negro, sino también sobre el paisaje entre V404 Cygni y la Tierra. Por ejemplo, el diámetro de los anillos en rayos X revela las distancias a las nubes de polvo intermedias en las que rebotó la luz. Si la nube está más cerca de la Tierra, el anillo parece más grande, y viceversa. Los ecos de luz aparecen como anillos estrechos en lugar de anillos anchos o halos porque el estallido de rayos X duró un periodo de tiempo relativamente corto.
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| Esta ilustración de artista muestra en detalle cómo se produce la estructura anillada vista por Chandra y Swift. Cada anillo está causado por los rayos X que rebotan en diferentes nubes de polvo. Si la nube está más cerca de nosotros, el anillo parece más grande. El resultado es un conjunto de anillos concéntricos con diferentes tamaños aparentes dependiendo de la distancia de la nube intermedia a nosotros. Crédito: Univ. de Wisconsin-Madison/S.Heinz |
Los investigadores también utilizaron los anillos para sondear las propiedades de las propias nubes de polvo. Compararon los espectros de rayos X -es decir, el brillo de los rayos X en un rango de longitudes de onda- con modelos informáticos de polvo con diferentes composiciones. Las diferentes composiciones de polvo harán que se absorban diferentes cantidades de rayos X de baja energía y se impida su detección con Chandra. Se trata de un principio similar a la forma en que diferentes partes de nuestro cuerpo o nuestro equipaje absorben diferentes cantidades de rayos X, lo que proporciona información sobre su estructura y composición.
El equipo determinó que lo más probable es que el polvo contenga mezclas de granos de grafito y silicato. Además, al analizar los anillos interiores con Chandra, descubrieron que las densidades de las nubes de polvo no son uniformes en todas las direcciones. En estudios anteriores se suponía que no lo eran.
En el número del 1 de julio de 2016 de la revista The Astrophysical Journal se ha publicado un artículo que describe los resultados de V404 Cygni (preimpresión). Los autores del estudio son Sebastian Heinz, Lia Corrales (Universidad de Michigan); Randall Smith (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian); Niel Brandt (Universidad Estatal de Pensilvania); Peter Jonker (Instituto Holandés de Investigación Espacial); Richard Plotkin (Universidad de Nevada, Reno); y Joey Neilson (Universidad de Villanova).
Este resultado está relacionado con un hallazgo similar del binario de rayos X Circinus X-1, que contiene una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro, publicado en un artículo en el número del 20 de junio de 2015 de The Astrophysical Journal, titulado "Lord of the Rings: A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo" (preprint). Este estudio también fue dirigido por Sebastian Heinz.
Todos los años se han publicado múltiples artículos que informan sobre los estudios del estallido de V404 Cygni en 2015 que causó estos anillos. Los estallidos anteriores se registraron en 1938, 1956 y 1989, por lo que los astrónomos aún pueden tener muchos años para seguir analizando el de 2015.
El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
Fuentes, créditos y referencias: