17/Oct/08

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El VLT y el satélite Rossi XTE exploran dos agujeros negros violentamente variables

Estas observaciones únicas de la luz que parpadea desde el entorno de dos agujeros negros proporcionan una nueva mirada en la colosal energía que fluye en sus corazones. Al hacer un mapa para ver qué tan bien corresponden las variaciones de luz visible con las de rayos-X en escalas temporales muy breves, los astrónomos han mostrado que los campos magnéticos deben jugar un papel crucial en la manera en que los agujeros negros engullen la materia

Agujero negro que parpadea

Como la llama de una vela, la luz que viene desde el entorno de un agujero negro no es constante -se enciende, parpadea y lanza chispas. "El rápido parpadeo de la luz de un agujero negro es observado más comúnmente en longitudes de onda de rayos-X", dice Poshak Gandhi, que lideró el equipo internacional que informa estos resultados. "Este nuevo estudio es sólo uno de un puñado a la fecha que también exploran las rápidas variaciones en luz visible, y cómo se relacionan estas fluctuaciones con las de los rayos-X".

Las observaciones siguieron el parpadeo de los agujeros negros usando simultáneamente dos instrumentos diferentes, uno en Tierra y uno en el espacio. Los datos de los rayos-X fueron tomados usando el satélite explorador de ritmo de rayos-X (XTE) Rossi de la NASA. La luz visible fue recogida con la cámara de alta velocidad ULTRACAM, un instrumento provisorio en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, registrando hasta 20 imágenes por segundo. ULTRACAM fue desarrollada por Vik Dhillon y Tom Marsh, miembros del equipo. "Éstas están entre las observaciones más rápidas de un agujero negro jamás obtenidas con un gran telescopio óptico", dice Dhillon.

Para su sorpresa, los astrónomos descubrieron que las fluctuaciones de luminosidad en luz visible eran aun más rápidas que las vistas en rayos-X. Además, encontraron que las variaciones de luz visible y rayos-X no eran simultáneas, sino que seguían un patrón repetitivo y notable: justo antes de un destello de rayos-X la luz visible se atenúa, y luego se incrementa en un destello brillante durante una diminuta fracción de segundo antes de disminuir rápidamente otra vez.

Nada de esta radiación surge directamente del agujero negro, sino de las intensas corrientes de energía de materia cargada con electricidad en sus inmediaciones. El entorno de un agujero negro es constantemente reformado por una desenfrenada mezcla de fuerzas poderosas y competitivas como la gravedad, el magnetismo y la presión explosiva. Como resultado, la luz emitida por los flujos calientes de materia varía su luminosidad de una manera desordenada y al azar. "Pero el patrón encontrado en este nuevo estudio posee una estructura estable que se destaca en medio de una variabilidad de otro modo caótica, y por eso, puede entregar pistas esenciales sobre los dominantes procesos físicos subyacentes en acción", dice Andy Fabian, miembro del equipo.

Se pensaba ampliamente que la emisión de luz visible desde la vecindad de los agujeros negros era un efecto secundario, con un destello primario de rayos-X que iluminaba el gas circundante que posteriormente brillaba en el rango visible. Pero si eso fuera cierto, cualquier diferencia de luz visible iría detrás de una variación de los rayos-X, y serían mucho más lentas en alcanzar el máximo y desvanecerse. "El rápido parpadeo de la luz visible ahora descubierto, inmediatamente elimina este escenario para ambos sistemas estudiados", afirma Gandhi. "En cambio, las variaciones de los rayos-X y la luz visible deben tener algún origen común, y uno muy cerca del agujero negro mismo".

Los poderosos campos magnéticos representan el mejor candidato para el proceso físico dominante. Si actúan como una represa, ellos pueden absorber la energía liberada cerca del agujero negro, almacenarla hasta que pueda ser descargada como plasma súper caliente (de muchos millones de grados) que emite rayos-X, o como corrientes de partículas cargadas que viajan a una velocidad cercana a la de la luz. La división de la energía en estos dos componentes puede resultar en el patrón característico de variación de rayos-X y luz visible.

Más información

Los dos agujeros negros estudiados aquí, GX 339-4 y Swift J1753.5-0127, son los vestigios de enormes estrellas muertas en la Vía Láctea. Están arraigados en sistemas estelares "binarios" distintos, donde el agujero negro está unido a una estrella normal que pierde materia hacia su compañero oscuro. Ambos agujeros negros tienen masas de alrededor de diez veces la de nuestro Sol, aunque el tamaño de sus órbitas es de apenas unos pocos millones de kilómetros, mucho menor que la órbita de Mercurio alrededor de nuestro Sol.

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

Fuente: ESO. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard