Un equipo checo de astrofísicos de la Academia de Ciencias ha logrado un importante avance en la comprensión del comportamiento de los agujeros negros. En el marco de una colaboración internacional, los científicos han publicado dos estudios que aportan nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los sistemas binarios de agujeros negros de rayos X. Un agujero negro de masa estelar en un sistema de este tipo atrae masa de su homólogo estelar, formando a su alrededor el llamado disco de acreción. En los polos del agujero negro, la materia puede escapar del sistema en forma de estallidos de alta energía.
Un nuevo descubrimiento
La existencia del sistema binario de rayos X Swift J1727.8-1613 era desconocido hasta agosto del año pasado. El punto oscuro en el cielo empezó a brillar con intensidad en todas las longitudes de onda y llamó la atención de astrónomos de todo el mundo, especialmente en el campo de los rayos X, donde durante varios meses el objeto fue más brillante que otra fuente conocida de rayos X dentro de nuestra galaxia: la nebulosa del Cangrejo. Las llamaradas repentinas son típicas de los sistemas estelares binarios, pero rara vez son tan brillantes y están relativamente cerca.
Por eso todos los grandes observatorios de rayos X, incluido el IXPEun proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Italiana. A bordo IXPE es un telescopio especial que permite medir la polarización de los rayos X. La polarización determina la cantidad de ondas luminosas que oscilan en una dirección determinada. Esto está resultando ser una herramienta clave para comprender los procesos que tienen lugar, por ejemplo, cerca de los agujeros negros, que tienen fuertes efectos gravitatorios sobre la materia y la radiación circundantes. La polarización nos ayuda a dilucidar la estructura de la materia cerca de un agujero negro.
Cambios en los espectros acompañados de cambios en la polarización de los rayos X
El primer estudio, dirigido por Jiří Svoboda del Instituto de Astronomía de la Academia Checa de las Ciencias, se centraron en los drásticos cambios en la polarización de los rayos X observados durante las distintas fases de la llamarada del sistema Swift J1727.8-1613 de agosto de 2023 a febrero de este año. "Nuestras investigaciones han demostrado que durante la transición entre los estados espectrales duro y blando de los rayos X, también se producen cambios significativos en la polarizaciónexplica Svoboda.
La fase inicial de la llamarada estuvo dominada por la corona, que es la principal fuente de rayos X duros del sistema. En el estado blando posterior, cuando la radiación observada es menos energética, más fotones de rayos X proceden directamente del disco de acreción. Los astrónomos propusieron primero nuevas observaciones, que revelaron entonces una drástica caída de la polarización. El hecho de que los cambios en el espectro de energía, es decir, su color, vayan acompañados de cambios en la polarización confirma que la estructura del disco de acreción y de la corona cambia significativamente durante esta fase. "Es la polarización la que demuestra los cambios geométricos en la distribución de la masa de los agujeros negrosseñala Svoboda.
Restablecer el estado de polarización: un hallazgo sorprendente
Segundo estudio del edificio Swift J1727.8-1613dirigida por Jakub Podgorny de nuevo del Instituto de Astronomía del CAS, se ocupó de la recuperación de la polarización de los rayos X tras la transición del estado blando al duro. El estado duro significa que la radiación procedente de la fuente distante es mucho más energética. La binaria observada volvió a este estado en abril de este año, después de varios meses, pero con aproximadamente 100 veces el brillo de la llamarada inicial en agosto de 2023."Por primera vez hemos observado polarización de rayos X en un sistema binario en esta transición", dice Podgorný, y añade: "Encontramos que la polarización ha vuelto a los valores observados durante la fase inicial del estallido para la misma fuente, lo que significa que la geometría coronal no cambia significativamente para este estado duro, aunque el brillo de rayos X cae significativamente."
Aunque se predijo la disminución del brillo en rayos X, la actual recuperación completa del estado de polarización fue inesperada. Se trata de la última observación de una fuente con IXPE sugiere que la estructura de la corona y el disco es mucho más estable en los sistemas binarios tras el regreso del estado blando de lo que se pensaba. Dado que la dirección dominante de las oscilaciones de la luz en tal caso Swift J1727.8-1613 idéntica a la eyección de masa observada anteriormente, cabe suponer que el plasma caliente de la corona vuelve a expandirse en la dirección del plano del disco, de forma similar al estado duro de alto brillo original.
La importancia de los descubrimientos
Estos resultados representan un avance significativo en nuestra comprensión de cómo interactúan los agujeros negros con el material circundante y demuestran que el análisis de la polarización de rayos X es una herramienta ideal. "Son necesarias más observaciones con IXPE para múltiples fuentes con el fin de determinar completamente la configuración cerca de los agujeros negros en sistemas binarios. La exitosa primera campaña de observación de Swift J1727.8-1613 en diferentes estados es, por tanto, el comienzo más importante de un nuevo capítuloconcluye Michal Dovčiak del Instituto de Astronomía de la Academia Checa de las Ciencias, que también ha contribuido a las publicaciones y dirige el grupo de trabajo IXPEque se centra específicamente en los agujeros negros de masa estelar.
Los estudios se publicaron en revistas revisadas por pares Cartas del Astrophysical Journal a Astronomía y astrofísica y pueden consultarse para más información aquí:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad402e
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa50566-24/aa50566-24.html
En la página web de la NASA: https://www.nasa.gov/missions/ixpe/nasas-ixpe-details-shapes-of-structures-at-newly-discovered-black-hole/
Instituto de Astronomía de la CAS/ gnews - RoZ
FOTO ILUSTRATIVA - pixabay
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