Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más extremos del universo. Pueden expulsar materia hacia el exterior a velocidades cercanas a la de la luz, en potentes haces de plasma conocidos como chorros. Se cree que estos chorros son uno de los fenómenos más energéticos del cosmos.
Nuestro nuevo trabajo, publicado hoy en Nature Astronomy, desafía esta intuición. Descubrimos que algo aparentemente tan ordinario como el “viento” de una estrella puede rivalizar con —e incluso moldear— el comportamiento de estos potentes chorros.
Un vals cósmico
El sistema Cygnus X-1 es un vals cósmico entre un agujero negro y una estrella masiva. El agujero negro es el primero que se ha descubierto. Tiene una masa aproximadamente 21 veces mayor que la de nuestro Sol, comprimida en una región de unos 100 kilómetros de diámetro.
Se encuentra en lo que se conoce como un sistema binario con una estrella compañera mucho más grande, casi 40 veces más masiva que el Sol. El agujero negro y la estrella giran uno alrededor del otro en su órbita una vez cada 5,6 días.
Durante aproximadamente 20.000 años, el agujero negro se ha estado alimentando de material de esta estrella. Lo hace capturando el potente viento estelar de la estrella, utilizando su intensa atracción gravitatoria.
Parte de este material desaparece en el agujero negro, cruzando el punto de no retorno (conocido como horizonte de sucesos) en un viaje sin retorno. Los campos magnéticos turbulentos arrastrados por el gas dan lugar al lanzamiento de chorros que se mueven a casi la velocidad de la luz.
Los chorros transportan energía desde las proximidades del agujero negro hasta una distancia un billón de veces mayor, a 16 años luz de distancia. Su actividad durante los últimos 20.000 años ha inflado una gigantesca burbuja de gas caliente en el espacio interestelar circundante. Pero a pesar de su importancia, medir la potencia instantánea de estos chorros ha sido un gran desafío hasta ahora.
La pareja poderosa
Los vientos estelares son corrientes de partículas que se desprenden de la superficie de una estrella debido a la presión de la luz hacia afuera. Cuando el viento solar de nuestro Sol es particularmente intenso, provoca auroras boreales cuando las partículas chocan contra el campo magnético de la Tierra. La estrella compañera en Cygnus X-1 es tan masiva y tan brillante que pierde 100 millones de veces más masa en su viento estelar que el Sol, y lo acelera a velocidades tres veces mayores.
En nuestro estudio, obtuvimos imágenes de muy alta resolución de los chorros combinando telescopios separados por miles de kilómetros. Esta es la misma técnica que utilizó el Telescopio del Horizonte de Sucesos para obtener la primera imagen de un agujero negro.
Descubrimos que el viento de la estrella compañera de Cygnus X-1 es lo suficientemente fuerte como para desviar los chorros de materia emitidos por el agujero negro. Esto demuestra la enorme potencia que pueden alcanzar los vientos de las estrellas masivas.
A medida que el agujero negro orbita la estrella, el viento estelar ejerce una presión constante sobre los chorros de materia, alejándolos de la estrella. Esto provoca que cambien de dirección, al igual que el viento en la Tierra puede mover el agua de una fuente.
Desde nuestro punto de vista, los chorros parecen “bailar” al ritmo del movimiento orbital del sistema. Al modelar esta danza cósmica, pudimos medir por primera vez la potencia instantánea de los chorros y determinar que equivale a la de 10.000 soles.
El déficit calórico de una dieta de agujero negro
Comprender cómo los agujeros negros utilizan su energía nos ayuda a entender cómo evolucionan las galaxias. Cuando la materia cae hacia un agujero negro, una parte contribuye al crecimiento del propio agujero negro. Pero una fracción significativa puede ser redirigida en chorros, que inyectan energía de vuelta a su entorno.
En el caso de los agujeros negros más masivos situados en el centro de las galaxias, los chorros de materia pueden dar forma a sus galaxias anfitrionas e influir incluso en estructuras cósmicas de mayor tamaño. Podemos medir la velocidad a la que se alimenta un agujero negro a partir de los rayos X producidos por el material que cae hacia su interior. Sin embargo, hasta ahora no habíamos tenido una forma directa de medir cuánta energía se incorpora a estos chorros en un momento dado.
Nuestra medición de la potencia del chorro en Cygnus X-1 proporciona una nueva forma de “equilibrar el presupuesto energético” de los agujeros negros. Al comparar la velocidad de alimentación de un agujero negro y la cantidad de energía que expulsan sus chorros, podemos perfeccionar las simulaciones informáticas del universo. Esto nos permite comprender cómo influyen los agujeros negros en el universo a gran escala.
Esta danza cósmica entre un agujero negro y una estrella masiva revela mucho más que un simple chorro curvado. Muestra cómo incluso los fenómenos más energéticos, como los chorros, se ven influenciados por su entorno. Al observar los chorros danzantes en Cygnus X-1, hemos mejorado nuestra comprensión de cómo los agujeros negros influyen en la evolución del cosmos mismo.
Fuente: Science Alert.