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Un equipo internacional de astrofísicos de Sudáfrica, Reino Unido, Francia y Estados Unidos ha encontrado grandes variaciones en el brillo de la luz que se ve alrededor de uno de los agujeros negros más cercanos de nuestra galaxia, a 9.600 años luz de la Tierra, que concluyen que está causado por una enorme deformación en su disco de acreción.
Este objeto, MAXI J1820+070, estalló como un nuevo transitorio de rayos X en marzo de 2018 y fue descubierto por un telescopio de rayos X japonés a bordo de la Estación Espacial Internacional. Estos transitorios, sistemas que exhiben violentos estallidos, son estrellas binarias, formadas por una estrella de baja masa, similar a nuestro Sol y un objeto mucho más compacto, que puede ser una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro. En este caso, MAXI J1820+070 contiene un agujero negro que tiene al menos 8 veces la masa de nuestro Sol.
Los primeros resultados han sido aceptados para su publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. El autor principal es el Dr. Jessymol Thomas, investigador postdoctoral del Observatorio Astronómico de Sudáfrica (SAAO).
El descubrimiento presentado en el artículo se hizo a partir de una extensa y detallada curva de luz obtenida durante casi un año por aficionados dedicados de todo el mundo que forman parte de la AAVSO (Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables). MAXI J1820+070 es una de las tres transitorias de rayos X más brillantes jamás observadas, como consecuencia tanto de su proximidad a la Tierra como de su ubicación fuera del plano de oscurecimiento de nuestra Vía Láctea. El hecho de que haya permanecido brillante durante muchos meses ha permitido su seguimiento por parte de muchos aficionados.
El profesor Phil Charles, investigador de la Universidad de Southampton y miembro del equipo de investigación, explicó que "el material de la estrella normal es arrastrado por el objeto compacto hacia su disco de acreción circundante de gas en espiral. Los estallidos masivos se producen cuando el material del disco se calienta y se vuelve inestable, se acumula en el agujero negro y libera grandes cantidades de energía antes de atravesar el horizonte de sucesos. Este proceso es caótico y muy variable, variando en escalas de tiempo que van desde milisegundos hasta meses".
El equipo de investigación ha elaborado una visualización del sistema, mostrando cómo una enorme emisión de rayos X emana desde muy cerca del agujero negro, y luego irradia la materia circundante, especialmente el disco de acreción, calentándola hasta una temperatura de unos 10.000K, que se aprecia en la luz visual emitida. Por eso, a medida que el estallido de rayos X disminuye, también lo hace la luz óptica.
Pero algo inesperado ocurrió casi 3 meses después del inicio del estallido, cuando la curva de luz óptica comenzó una enorme modulación -un poco como subir y bajar un regulador de intensidad y casi duplicar su brillo en su punto máximo- en un período de unas 17 horas. Sin embargo, no hubo ningún cambio en la emisión de rayos X, que se mantuvo estable. Aunque en el pasado se habían observado pequeñas modulaciones visibles casi periódicas durante otros estallidos transitorios de rayos X, nunca se había visto nada a esta escala.
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| Agujero negro con disco deformado. Crédito John Paice |
¿Qué estaba causando este extraordinario comportamiento?
"Con el ángulo de visión del sistema que se muestra en la imagen, pudimos descartar bastante rápidamente la explicación habitual de que los rayos X estuvieran iluminando la cara interna de la estrella donante porque el brillo se estaba produciendo en el momento equivocado", dijo el profesor Charles. Tampoco podía deberse a la variación de la luz en el lugar donde la corriente de transferencia de masa choca con el disco a medida que la modulación se desplaza gradualmente con respecto a la órbita.
Esto solo dejaba una explicación posible: el enorme flujo de rayos X estaba irradiando el disco y provocando su deformación, como se muestra en la imagen. El alabeo proporciona un enorme aumento del área del disco que podría ser iluminado, haciendo así que la producción de luz visual aumente dramáticamente cuando se observa en el momento adecuado. "Este comportamiento se había visto en binarias de rayos X con donantes más masivos, pero nunca en un agujero negro transitorio con un donante de baja masa como este. Esto abre una vía completamente nueva para estudiar la estructura y las propiedades de los discos de acreción deformados".
El profesor Charles continuó diciendo: "Este objeto tiene propiedades notables dentro de un grupo ya interesante de objetos que tienen mucho que enseñarnos sobre los puntos finales de la evolución estelar y la formación de objetos compactos. Ya conocemos un par de docenas de sistemas binarios de agujeros negros en nuestra galaxia, todos ellos con masas del orden de 5 a 15 masas solares. Todos ellos crecen por la acreción de materia que hemos presenciado tan espectacularmente aquí".
Fuentes, créditos y referencias:
Jessymol K Thomas et al, Large optical modulations during 2018 outburst
of MAXI J1820+070 reveal evolution of warped accretion disc through
X-ray state change, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093/mnras/stab3033
Imagen: Impresión artística del sistema de agujeros negros MAXI J1820+070, basada en las características observadas. El agujero negro se alimenta de la estrella compañera, atrayendo el material hacia un vasto disco de materia inspiradora. Al acercarse al propio agujero negro, parte de ese material sale disparado en energéticos "chorros" en forma de rayo por encima y por debajo del disco. La luz aquí es lo suficientemente intensa como para superar mil veces el brillo del Sol. ©John Paice
Crédito
©John Paice
Tipo de licencia
Atribución (CC BY 4.0)