Agujero negro con enorme deformación en su disco de acreción en la Vía Láctea

_{Agujero negro con disco deformado. Crédito: John Paice}

Un equipo internacional de astrofísicos de Sudáfrica, el Reino Unido, Francia y los EE. UU. Ha encontrado grandes variaciones en el brillo de la luz vista desde alrededor de uno de los agujeros negros más cercanos de nuestra galaxia, a 9.600 años luz de la Tierra, que concluyen que es causada por una gran deformación en su disco de acreción.

Este objeto, MAXI J1820 + 070, entró en erupción 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, que consisten en 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 es al menos 8 veces la masa de nuestro Sol.

Los primeros hallazgos se han publicado ahora en la revista internacional de alto nivel Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , cuyo autor principal es el Dr. Jessymol Thomas, investigador postdoctoral en el Observatorio Astronómico de Sudáfrica (SAAO).

El descubrimiento presentado en el documento se realizó a partir de una curva de luz extensa y detallada obtenida durante casi un año por aficionados dedicados de todo el mundo que forman parte de la AAVSO (Asociación Estadounidense de Observadores de Estrellas Variables). MAXI J1820 + 070 es uno de los tres transitorios de rayos X más brillantes jamás observados, una consecuencia tanto de su proximidad a la Tierra como de estar fuera del plano oscurecido de nuestra Vía Láctea. Debido a que se mantuvo brillante durante muchos meses, esto hizo posible que muchos aficionados lo siguieran.

El profesor Phil Charles, investigador de la Universidad de Southampton y miembro del equipo de investigación explicó, “el material de la estrella normal es arrastrado por el objeto compacto al disco de acreción circundante de gas en espiral. Los estallidos masivos ocurren cuando el material en el disco se vuelve caliente e inestable, se acumula en el agujero negro y libera grandes cantidades de energía antes de atravesar el horizonte de eventos. Este proceso es caótico y muy variable, y varía en escalas de tiempo desde mili-segundos hasta meses».

El equipo de investigación ha producido una visualización del sistema, mostrando cómo una enorme salida de rayos X emana desde muy cerca del agujero negro, y luego irradia la materia circundante, especialmente el disco de acreción, calentándolo hasta una temperatura de alrededor de 10,000K. , que se ve como la luz visual emitida. Por eso, a medida que disminuye el estallido de rayos X, también lo hace la luz óptica.

Pero algo inesperado sucedió casi 3 meses después de que comenzara el estallido cuando la curva de luz óptica comenzó una enorme modulación, un poco como girar un interruptor de atenuación hacia arriba y hacia abajo y casi duplicar el brillo en su punto máximo, en un período de aproximadamente 17 horas. Sin embargo, no hubo ningún cambio en la salida de rayos X, que se mantuvo estable. Si bien en el pasado se habían visto pequeñas modulaciones visibles cuasi-periódicas durante otros estallidos transitorios de rayos X, nunca antes se había visto nada a esta escala.

¿Qué estaba causando este comportamiento extraordinario? “Con el ángulo de visión del sistema como se muestra en la imagen, rápidamente pudimos descartar la explicación habitual de que los rayos X estaban iluminando la cara interna de la estrella donante porque el brillo se estaba produciendo en el momento equivocado”, dijo. Prof. Charles. Tampoco podría deberse a la variación de la luz desde donde la corriente de transferencia de masa golpea el disco a medida que la modulación se mueve gradualmente en relación con la órbita.

Esto dejaba solo una explicación posible, el enorme flujo de rayos X irradiaba el disco y hacía que se deformara, como se muestra en la imagen. La deformación proporciona un gran aumento en el área del disco que podría iluminarse, lo que hace que la salida de luz visual aumente drásticamente cuando se ve en el momento adecuado. Tal comportamiento se había visto en binarios de rayos X con donantes más masivos, pero nunca en un transitorio de agujero negro con un donante de baja masa como este. Abre una vía completamente nueva para estudiar la estructura y las propiedades de los discos de acreción deformados.

El profesor Charles continuó: “Este objeto tiene propiedades notables entre un grupo de objetos ya interesante que tiene 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, que tienen masas en el rango de masa solar de 5 a 15. Todos crecen por la acumulación de materia que hemos presenciado tan espectacularmente aquí».

Hace unos 5 años, un importante programa científico en el Gran Telescopio de África Meridional (SALT) para estudiar objetos transitorios ha realizado una serie de observaciones importantes de binarios compactos, incluidos sistemas de agujeros negros como MAXI J1820 + 070. Como investigador principal de este programa, el profesor Buckley, afirma que “SALT es una herramienta perfecta para estudiar el comportamiento cambiante de estos binarios de rayos X durante sus arrebatos, que puede monitorear regularmente durante períodos de semanas a meses y puede coordinarse con observaciones de otros telescopios, incluidos los basados en el espacio».

Referencia: «Las grandes modulaciones ópticas durante el estallido de 2018 de MAXI J1820 + 070 revelan la evolución del disco de acreción deformado a través del cambio de estado de rayos X» por Jessymol K Thomas, Philip A Charles, David AH Buckley, Marissa M Kotze, Jean-Pierre Lasota, Stephen B Potter, James F Steiner y John A Paice, 26 de octubre de 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .