Astrónomos se asomaron a la "cuna" de los chorros de plasma de un agujero negro

Representación artística del sistema binario Cygnus V404 (ESO / L. Calçada).

Un grupo internacional de astrónomos fue capaz de determinar la ubicación del origen del chorro de plasma relativista (jet) emitido desde el disco de acreción alrededor del agujero negro en el sistema binario Cygnus V404.

Esto nos permite comprender los mecanismos de la formación de tales emisiones y la aceleración del plasma en ellas. El trabajo científico se publica en la revista Nature Astronomy.

V404 Cygnus es un microcuasar, un sistema binario a 8.000 años luz de la Tierra en la constelación de Cygnus. Consta de un agujero negro con 12 masas solares y una enana naranja con la mitad de una masa solar, que gira alrededor de un centro común de masa cada 6,4 días

Al orbitarse tan cerca entre sí, el material estelar fluye hacia el hoyo, causando flashes periódicos visibles en los rangos de rayos X y gamma, observados en 1938, 1956, 1989 y 2015. En la última ocasión, observada desde varios telescopios, se reveló que la actividad del agujero se había visto incrementada en comparación con observaciones anteriores.

Cuando el material estelar fluye al agujero negro, alrededor de este se forma un disco de acreción. Las capas internas de la materia son gradualmente inhibidas por las externas debido a la fricción, pasan a órbitas más cercanas al agujero negro y finalmente son absorbidas por el agujero negro. Además del disco, la acumulación de materia puede dar lugar a chorros de partículas que se mueven con velocidades subluminales (inferiores a la de la luz), despedidas perpendicularmente al plano del disco. Hay dos teorías básicas de la formación de tales flujos asociados con un agujero negro giratorio. Según la primera (el mecanismo de Blandford-Znaek), los campos magnéticos pueden participar en la formación del chorro. De acuerdo con la segunda (el mecanismo de Penrose), las partículas que entran en la ergosfera (la región exterior y cercana al horizonte de sucesos de un agujero negro, el punto a partir del cual ya no se puede escapar de su campo gravitacional) se dividen en dos partes, una de las cuales se aleja más, llevando consigo una gran cantidad de energía. Además, el chorro se puede formar durante el flujo magnetohidrodinámico de la materia desde las partes internas del disco de acreción. Sin embargo, hasta ahora los mecanismos de formación de chorros relativistas y procesos de aceleración de partículas en ellos permanecen completamente inexplorados.

Para comprender qué procesos están funcionando en la zona de aceleración y colimación del flujo de partículas, es necesario comprender su tamaño, y para ello es necesario aislar la radiación de esta región del flujo total. Esto se hizo en el caso de una serie de chorros observados en el sistema Swan V404 en junio de 2015 gracias a los gamma-telescopios INTEGRAL y Swift, telescopio de rayos X NuSTAR, radiointerferómetro AMI (Arcminute Microkelvin Imager) y la cámara ULTRACAM del telescopio óptico de 4,2 metros WHT (William Herschel Telescope).

Un análisis de los datos obtenidos mostró que los cambios en el flujo de radiación óptica del sistema se retrasan con respecto al flujo de rayos X en aproximadamente 0,1 segundos, simultáneamente con los cuantos de luz visible, se registra un flujo creciente de radiación en el rango de radio Si tenemos en cuenta el hecho de que los rayos X emanan de un disco de acreción caliente, mientras que el chorro se observa en las bandas ópticas y de radio (la radiación del chorro tiene naturaleza de sincrotrón), entonces la escala de tiempo puede usarse para estimar el tamaño de la región en la que se acelera el flujo de plasma. En el caso de V404, el "inicio" óptico del chorro "se cuelga" a una distancia de 1.4 × 10 3 radios de Schwarzschild sobre el agujero negro, y la radiación de rayos X proviene de cerca del agujero negro, limitado por 5 radios de Schwarzschild.

Se supone que el retraso de tiempo corresponde al tiempo de tránsito de las partículas de la región de aceleración en la que puede existir un plasma compuesto por electrones y positrones. Los vapores de estas partículas serán continuamente producidos y aniquilados, dando una línea de rayos gamma observable con una energía de 511 keV.

Hans Huerto

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