Las mediciones del «agujero negro del latido» de IXPE desafían las teorías actuales
Esta ilustración de material que gira alrededor de un agujero negro resalta una característica particular, llamada "corona", que brilla intensamente en rayos X. En esta representación, la corona se puede ver como una neblina púrpura que flota sobre el disco de acreción subyacente y se extiende ligeramente hacia el interior de su borde interior. El material dentro del disco de acreción interno es increíblemente caliente y brillaría con una luz azul blanquecina cegadora, pero en esta imagen se ha reducido su brillo para que la corona destaque con un mejor contraste. Su color púrpura es meramente ilustrativo, ya que sustituye el brillo de rayos X que no sería evidente en luz visible. La deformación del disco es una representación realista de cómo la inmensa gravedad del agujero negro actúa como una lente óptica, distorsionando nuestra visión del disco plano que lo rodea. NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt
Fuente NASA/IXPE
Un equipo internacional de astrónomos, utilizando el IXPE (Explorador de Polarimetría de Rayos X de Imágenes) de la NASA, ha desafiado nuestra comprensión de lo que ocurre con la materia en las inmediaciones de un agujero negro.
Con el IXPE, los astrónomos pueden estudiar los rayos X incidentes y medir la polarización, una propiedad de la luz que describe la dirección de su campo eléctrico.
El grado de polarización mide la alineación de esas vibraciones entre sí. Los científicos pueden utilizar el grado de polarización de un agujero negro para determinar la ubicación de la corona (una región de plasma magnetizado extremadamente caliente que rodea al agujero negro) y cómo esta genera rayos X.
En abril, astrónomos utilizaron IXPE para medir un grado de polarización del 9,1 % en el agujero negro IGR J17091-3624, mucho mayor de lo esperado según los modelos teóricos.
“El agujero negro IGR J17091-3624 es una fuente extraordinaria que se atenúa y se ilumina con la misma intensidad que un latido, y el IXPE de la NASA nos permitió medir esta fuente única de una forma completamente nueva”, afirmó Melissa Ewing, directora del estudio en la Universidad de Newcastle en Newcastle upon Tyne, Inglaterra.
En sistemas binarios de rayos X, un objeto extremadamente denso, como un agujero negro, atrae materia de una fuente cercana, generalmente una estrella vecina. Esta materia puede comenzar a girar, aplanándose formando una estructura giratoria conocida como disco de acreción.
La corona, que se encuentra en la región interna de este disco de acreción, puede alcanzar temperaturas extremas de hasta 1800 millones de grados Fahrenheit y emitir rayos X muy luminosos. Estas coronas ultracalientes son responsables de algunas de las fuentes de rayos X más brillantes del cielo.
A pesar del brillo de la corona en IGRJ17091-3624, a unos 28.000 años luz de la Tierra, sigue siendo demasiado pequeña y distante para que los astrónomos puedan capturar una imagen de ella.
“Normalmente, un alto grado de polarización se corresponde con una vista muy de canto de la corona. La corona tendría que tener una forma perfecta y observarse desde el ángulo justo para lograr dicha medición”, afirmó Giorgio Matt, profesor de la Universidad de Roma Tre (Italia) y coautor de este artículo. “El patrón de atenuación aún no ha sido explicado por los científicos y podría ser la clave para comprender esta categoría de agujeros negros”.
La estrella compañera de este agujero negro no es lo suficientemente brillante como para que los astrónomos puedan estimar directamente el ángulo de visión del sistema, pero los inusuales cambios de brillo observados por IXPE sugieren que el borde del disco de acreción estaba orientado directamente hacia la Tierra.
Los investigadores exploraron diferentes vías para explicar el alto grado de polarización.
En un modelo, los astrónomos incluyeron un «viento» de materia que se desprendió del disco de acreción y se lanzó fuera del sistema, un fenómeno poco común. Si los rayos X de la corona se encontraran con esta materia en su camino hacia IXPE, se produciría dispersión, lo que daría lugar a estas mediciones.
Datos clave
- Las mediciones de polarización del IXPE proporcionan información sobre la orientación y alineación de las ondas de luz de rayos X emitidas. Cuanto mayor sea el grado de polarización, mayor será la sincronía entre las ondas de rayos X.
- La mayor parte de la polarización en la corona proviene de un proceso conocido como dispersión Compton, donde la luz del disco de acreción rebota en el plasma caliente de la corona, ganando energía y alineándose para vibrar en la misma dirección.
“Estos vientos son una de las piezas clave que faltan para comprender el crecimiento de todos los tipos de agujeros negros”, afirmó Maxime Parra, quien dirigió la observación y trabaja en este tema en la Universidad de Ehime en Matsuyama, Japón. “Los astrónomos podrían esperar que futuras observaciones produzcan mediciones del grado de polarización aún más sorprendentes”.
Otro modelo suponía que el plasma en la corona podría exhibir un flujo de salida muy rápido. Si el plasma fluyera hacia afuera a velocidades de hasta el 20 % de la velocidad de la luz, o aproximadamente 200 millones de kilómetros por hora, los efectos relativistas podrían aumentar la polarización observada.
En ambos casos, las simulaciones pudieron recrear la polarización observada sin una vista de borde muy específica. Los investigadores continuarán modelando y probando sus predicciones para comprender mejor el alto grado de polarización para futuras investigaciones.
Más sobre IXPE
IXPE, que continúa proporcionando datos sin precedentes que permiten descubrimientos revolucionarios sobre los objetos celestes en todo el universo, es una misión conjunta de la NASA y la Agencia Espacial Italiana con socios y colaboradores científicos en 12 países. IXPE está liderado por el Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. BAE Systems, Inc., con sede en Falls Church, Virginia, gestiona las operaciones de la nave espacial junto con el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder.
