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| Los astrónomos del MIT mapearon los "vientos de disco" asociados con el disco de acreción alrededor de Hércules X-1, un sistema en el que una estrella de neutrones extrae material de una estrella similar al Sol, representada como la esfera verde azulado. Los hallazgos pueden ofrecer pistas sobre cómo los agujeros negros supermasivos dan forma a galaxias enteras. Créditos:Crédito: Jose-Luis Olivares, MIT. Basado en una imagen de Hercules X-1 de D. Klochkov, Agencia Espacial Europea. |
Los agujeros negros y las estrellas de neutrones experimentan con frecuencia flujos de salida procedentes de la acreción de materia, que pueden afectar significativamente al entorno del objeto compacto. Para entender el mecanismo de lanzamiento y el balance energético global del viento, es esencial comprender la estructura tridimensional global del viento. La espectroscopia de líneas de absorción de rayos X es una herramienta clave para estudiar estos vientos porque permite sondear sus propiedades a lo largo de una única línea de visión.
Los astrónomos del MIT han observado ahora una franja más amplia de vientos en el sistema de Hércules X-1, donde una estrella de neutrones está eliminando material de una estrella similar al Sol. El disco de acreción de esta estrella de neutrones es inusual, ya que se bambolea o "procesa" mientras gira. Los astrónomos pudieron recoger varias vistas del disco giratorio y elaborar un mapa bidimensional de sus vientos aprovechando este bamboleo.
El nuevo mapa muestra la forma y estructura vertical del viento y su velocidad, que está en el extremo inferior de lo que pueden girar los discos de acreción, aproximadamente a un millón de millas por hora o cientos de kilómetros por segundo.
El método de cartografía del equipo podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo afectan los vientos de disco al nacimiento y evolución de los sistemas estelares, y quizá a galaxias enteras, si en el futuro consiguen encontrar más sistemas bamboleantes.
Es posible deducir información sobre los orígenes de un viento a partir de su estructura, pero ha resultado difícil determinar la forma y el tamaño de los vientos de disco. La mayoría de las estrellas binarias crean discos de acreción que suelen tener una forma uniforme, parecida a delgadas rosquillas de gas que giran en un único plano.
Los astrónomos que estudian estos discos desde satélites o telescopios lejanos sólo pueden ver el impacto de los vientos de disco en relación con su disco giratorio dentro de un rango establecido y limitado. Por tanto, cualquier viento que los astrónomos puedan observar es sólo un fragmento minúsculo de toda su estructura.
Peter Kosec, postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dijo: "Sólo podemos sondear las propiedades del viento en un único punto, y estamos completamente ciegos a todo lo que hay alrededor de ese punto."
Los científicos descubrieron en 2020 que un sistema binario podría proporcionar una perspectiva más completa de los vientos de disco. A diferencia de la mayoría de las binarias de rayos X conocidas, Hércules X-1 tiene un disco de acreción distorsionado que se tambalea al girar alrededor de la estrella de neutrones primaria del sistema.
Según Kosec, "el disco se tambalea cada 35 días, y los vientos se originan en algún lugar del disco y cruzan nuestra línea de visión a diferentes alturas sobre el disco con el tiempo. Se trata de una propiedad única de este sistema que nos permite comprender mejor sus propiedades de viento vertical."
En la última investigación, se utilizaron los telescopios de rayos X XMM Newton y Chandra de la Agencia Espacial Europea y la NASA para observar Hércules X-1.
Según Kosec, "medimos el espectro de rayos X, es decir, el número de fotones de rayos X que llegan a nuestros detectores frente a su energía. Medimos las líneas de absorción o la ausencia de luz de rayos X a determinadas energías. A partir de la relación entre la intensidad de las distintas líneas, podemos determinar la temperatura, la velocidad y la cantidad de plasma dentro del disco de viento."
Los astrónomos pudieron observar el disco alabeado de Hércules X-1 mientras se bamboleaba y giraba, de forma parecida a como un disco alabeado parece oscilar cuando se mira de canto. Como resultado, en lugar de a una altura única y fija sobre un disco que gira uniformemente, los científicos pudieron detectar rastros de vientos de disco a distintos tamaños sobre el disco.
Los investigadores pudieron escanear parámetros como la temperatura y la densidad de los vientos a distintas alturas con respecto a su disco y crear un mapa bidimensional de la estructura vertical del viento analizando las emisiones de rayos X y las líneas de absorción a medida que el disco se bamboleaba y rotaba con el tiempo.
Según Kosec, "lo que vemos es que el viento se eleva desde el disco en un ángulo de unos 12 grados con respecto al disco a medida que se expande en el espacio. También se vuelve más frío, más grumoso y más débil a mayor altura sobre el disco".
El equipo planea comparar sus observaciones con simulaciones teóricas de diversos mecanismos de lanzamiento del viento para ver cuál podría explicar mejor sus orígenes. Más adelante, esperan descubrir más sistemas alabeados y bamboleantes y cartografiar sus estructuras de viento en el disco. Entonces, los científicos podrían tener una visión más amplia de los vientos de disco y de cómo estos flujos influyen en su entorno, sobre todo a escalas mucho mayores.
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