Agujeros negros variables

Comunicado de Prensa ESO PR 36/08.

El VLT de ESO y el satélite Rossi XTE examinan violentos agujeros negros.

Observaciones únicas de la parpadeante luz de los alrededor de dos agujeros negros proporcionan una nueva visión de la colosal energía que fluye en sus corazones. Al establecer cuán bien se corresponden las variaciones en luz visible con las de los rayos-X en escalas temporales muy cortas, los astrónomos han demostrado que los campos magnéticos deben jugar un papel crucial en la forma en que los agujeros negros engullen materia.

ESO PR Photo 36/08 – Agujero negro parpadeante Representación artística de los agujeros negros estudiados. Los sistemas contienen, cada uno, un agujero negro y una estrella separados por unos pocos millones de kilómetros (menos de un 10% de la distancia Sol-Mercurio). Una corriente de materia fluye de la estrella hacia el agujero negro y forma un disco a su alrededor, calentándose a millones de grados. Cerca del agujero negro, intensos campos magnéticos aceleran una porción de este gas caliente, formando chorros apretados que fluyen en direcciones opuestas alejándose del objeto. © ESO/ L. Calçada

Como la llama de una vela, la luz proveniente de los alrededores de un agujero negro no es constante; destella, centellea y muestra pequeños destellos. “El rápido parpadeo de la luz de un agujero negro se observa más comúnmente en rayos-X”, dice Poshak Gandhi, quien encabezó el equipo internacional que informa estos resultados. “Este nuevo estudio es uno de un puñado hasta la fecha que también explora las rápidas variaciones en luz visible y, lo que es más importante, cómo se relacionan estas fluctuaciones con las de los rayos-X”.

Las observaciones rastrearon simultáneamente el titilar de los agujeros negros utilizando dos instrumentos diferentes, uno en tierra y otro en el espacio. Los datos de rayos-X fueron obtenidos utilizando el satélite Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X de la NASA. La luz visible fue recogida con la cámara de alta velocidad ULTRACAM, un instrumento visitante en el Telescopio Muy Grande (VLT) de ESO, que puede registrar hasta 20 imágenes por segundo. ULTRACAM fue desarrollada por los miembros del equipo Vik Dhillon y Tom Marsh. “Se encuentran entre las observaciones más rápidas de un agujero negro que se hayan obtenido con un gran telescopio óptico”, dice Dhillon.

Para su sorpresa, los astrónomos descubrieron que las fluctuaciones de luminosidad en la luz visible eran incluso más rápidas que las observadas en rayos-X. Además, se descubrió que las variaciones de la luz visible y de los rayos-X no eran simultáneas, sino que seguían un patrón repetitivo y notable: justo antes de una llamarada de rayos-X, la luz visible disminuye, y luego surge un destello brillante durante una pequeñísima fracción de segundo antes de decrecer nuevamente en forma rápida.

Nada de esta radiación emerge directamente del agujero negro, sino de los intensos flujos de energía provocados por la materia eléctricamente cargada que se encuentra en sus proximidades. El medioambiente de un agujero negro está constantemente siendo modificado por una desordenada mezcla de fuerzas poderosas que compiten entre sí, tales como la gravedad, el magnetismo y la presión explosiva.

Como resultado, la luz emitida por los calientes flujos de materia varía en luminosidad de una forma azarosa y oscura. “Pero el patrón que se observa en este nuevo estudio posee una estructura estable que se destaca entre la por otra parte caótica variabilidad, la que puede así brindar pistas vitales sobre los procesos físicos subyacentes en acción”, dice el miembro del equipo Andy Fabian.

Generalmente, se suponía que la emisión en luz visible proveniente de las inmediaciones de los agujeros negros era un efecto secundario, con un estallido primario de rayos-X que iluminaba el gas de los alrededores, el que subsecuentemente brillaba en las longitudes de onda visibles. Pero si fuera así, cualquier variación en luz visible se mostraría después de las variaciones en rayos-X, y sería mucho más lenta en alcanzar su pico y en desaparecer. “El rápido parpadeo en luz visible que ahora hemos descubierto descarta inmediatamente este escenario en ambos sistemas estudiados”, afirma Gandhi. “En cambio, las variaciones en la emisión de rayos-X y de luz visible deben tener algún origen común, y uno muy cercano al propio agujero negro”.

Los fuertes campos magnéticos resultan ser los mejores candidatos para los procesos físicos dominantes. Actuando como reservorios, pueden absorber la energía liberada cerca del agujero negro, almacenándola hasta que pueda ser descargada ya sea como plasma emisor caliente (a varios millones de grados) de rayos-X, o como corrientes de partículas cargadas que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. La división de la energía entre estos dos componentes puede resultar en el patrón característico de variabilidad de los rayos-X y de la luz visible.

Más información

Los dos agujeros negros estudiados aquí, GX 339-4 and SWIFT J1753.5-0127, son los remanentes de estrellas masivas muertas en la Vía Láctea. Están insertos en sistemas estelares binarios separados, donde el agujero negro está unido a una estrella normal que está perdiendo materia la que fluye a su oscuro compañero. Ambos agujeros negros tienen masas de alrededor de diez veces la masa de nuestro Sol, sin embargo el tamaño de sus órbitas es de apenas unos pocos millones de kilómetros, mucho más compactas que la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

Además de Gandhi, Dhillon, Durant, Fabian, y Marsh, los otros miembros del equipo son Kazuo Makishima de la Universidad de Tokio, Japón, Jon Miller de la Universidad de Michigan, EE.UU., Tariq Shahbaz del Instituto de Astrofísica de Canarias, España, y Henk Spruit del Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania.

Gandhi, P., Makishima, K., Durant, M., Fabian, A. C., Dhillon, V. S., Marsh, T. R., Miller, J. M., Shahbaz, T. & Spruit, H. C.: Rapid optical and X-ray timing observations of GX 339-4: flux correlations at the onset of a low/hard state, Monthly Notices of the Roy. Astron. Soc. Letters, 390, L29 (2008), astro-ph/0807.1529

Durant, M., Gandhi, P., Shahbaz, T., Fabian, A., Miller, J., Dhillon, V. S. & Marsh, T. R.: SWIFT J1753.5-0127: a surprising optical/X-ray cross-correlation function,The Astrophysical Journal, 682, L45 (2008), astro-ph/0806.2530

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NOTAS Y COMENTARIOS

por Heber Rizzo

Satélite Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X. © NASA / /RXTE

El satélite Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X (RXTE = Rossi X-ray Timing Explorer) fue lanzado el 30 de diciembre de 1995.

Diseñado para facilitar el estudio de la variabilidad temporal en la emisión de fuentes de rayos-X con una moderada resolución espectral, cubre escalas temporales que van desde microsegundos hasta meses, en un amplio rango espectral desde 2 a 250 keV.

Con un requerimiento inicial de dos años de vida útil y con una meta de cinco años, siguen prestando servicios hasta la fecha.

En general, observa agujeros negros, estrellas neutrónicas, pulsares de rayos-X y estallidos de rayos-X que duran brevemente y luego desaparecen.

Para RXTE, el arte de observar esta clase de objetos y eventos está en la sincronización, una capacidad de observar cambios en la luminosidad de rayos-X que ocurren en milésimas de segundo, o a lo largo de varios años.

VLT de ESO en Paranal, Chile. © ESO

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Artículo original: ESO Press Release 36/08.
Título: “VLT and Rossi XTE satellite probe violently variable black holes”
Fecha: Octubre 15, 2008
Enlace con el artículo original: aquí
IMPORTANTE: Los párrafos correspondientes a la sección “NOTAS Y COMENTARIOS” fueron añadidos por el traductor y no aparecen en el artículo original.
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