Cuando los astrónomos observan el espacio profundo, los agujeros negros suelen aparecer como gigantes inescrutables que se tragan todo lo que se cruza en su camino. Pero un nuevo estudio finalmente ha revelado detalles sobre una característica esquiva de estas entidades cósmicas: su corona supercaliente. Utilizando datos de la misión IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA, los investigadores han cartografiado por primera vez la forma de esta región de plasma, lo que ayuda a aclarar cómo los agujeros negros consumen la materia circundante.
Estos nuevos hallazgos muestran que estas coronas, regiones de gas calentadas a miles de millones de grados, se alinean con los discos de acreción que hacen girar la materia hacia los agujeros negros. El avance ofrece nuevos conocimientos sobre los mecanismos de alimentación de los agujeros negros, desde sistemas de masa estelar como Cygnus X-1 hasta gigantes supermasivos en los centros de galaxias distantes.
El misterioso resplandor de la corona de un agujero negro
Si alguna vez has presenciado un eclipse solar, es posible que recuerdes la corona del Sol (su atmósfera más externa), un halo de luz brillante visible solo cuando el disco brillante está oculto. Resulta que los agujeros negros tienen su propia versión de esta corona, aunque mucho más intensa.
Durante años, los científicos tenían la idea teórica de que los agujeros negros, al igual que las estrellas, poseen coronas supercalentadas, excepto que están en plena actividad. Estas regiones consisten en gas caliente e ionizado que alcanza temperaturas infernales del orden de miles de millones de grados Celsius. A modo de comparación, la corona del Sol tiene entre uno y dos millones de grados Celsius.
Pero observar una corona de este tipo directamente planteaba un desafío importante. Los discos de acreción alrededor de los agujeros negros, formados por materia que se mueve en espiral hacia el interior, brillan con tanta intensidad que eclipsan el débil resplandor de la corona.
“Los científicos han especulado durante mucho tiempo sobre la composición y la geometría de la corona”, explicó Lynnie Saade, autora principal del estudio e investigadora postdoctoral en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. “¿Es una esfera por encima y por debajo del agujero negro, o una atmósfera generada por el disco de acreción, o quizás plasma ubicado en la base de los chorros?”
La respuesta, al parecer, está en el uso de la polarización de rayos X. Al examinar cómo se dispersan y se alinean los rayos X, los científicos pueden mapear estructuras que de otro modo serían invisibles. Utilizando los instrumentos altamente sensibles de IXPE, el equipo de Saade analizó los rayos X de alta energía emitidos por una docena de agujeros negros. Estos incluyen sistemas de masa estelar bien conocidos como Cygnus X-1 y Cygnus X-3 en nuestra Vía Láctea, junto con agujeros negros supermasivos en galaxias distantes.
Revelando la geometría de la acreción de agujeros negros
Después de décadas de investigación y miles de artículos, los astrónomos han reunido un modelo general de los agujeros negros. Alrededor de un agujero negro suele haber un toro, una región de gas y polvo en forma de rosquilla. En el centro de esta estructura caótica se encuentra un disco de acreción, un plano giratorio de material sobrecalentado que se dirige en espiral hacia el olvido. Por encima y por debajo de este disco, los chorros de gas ionizado pueden salir disparados al espacio a casi la velocidad de la luz.
Pero, ¿dónde encaja la corona en esta imagen? Gracias a las nuevas observaciones de IXPE, los científicos ahora creen que la corona se alinea con el plano del disco de acreción, en lugar de rodear al agujero negro en un capullo esférico.
“IXPE demostró que, entre todos los agujeros negros para los que las propiedades coronales se podían medir directamente a través de la polarización, se descubrió que la corona se extendía en la misma dirección que el disco de acreción”, dijo Saade. Estos hallazgos descartaron modelos anteriores que sugerían que la corona se asemeja a una farola suspendida sobre el disco.
Este nuevo conocimiento también arroja luz sobre cómo los agujeros negros consumen materia y alimentan sus chorros. Los investigadores descubrieron que, independientemente del tamaño del agujero negro (ya sea un agujero negro de masa estelar con 10 veces la masa de nuestro Sol o un agujero negro supermasivo con millones de veces ese tamaño), la geometría del disco de acreción y la corona parecen ser sorprendentemente similares.
Dietas de los agujeros negros
Los agujeros negros de masa estelar, como Cygnus X-1, se alimentan extrayendo gas de sus estrellas compañeras. Mientras tanto, los agujeros negros supermasivos, como los de las galaxias NGC 1068 y NGC 4151, se alimentan de gas y estrellas en sus centros galácticos. Sin embargo, a pesar de estas diferencias en la forma en que se alimentan, ambos tipos parecen producir coronas y discos de acreción que se parecen. Sus diferencias solo se reducen a la escala.
“Los agujeros negros de masa estelar extraen masa de sus estrellas compañeras, mientras que los agujeros negros supermasivos devoran todo lo que los rodea”, dijo Philip Kaaret, investigador principal de la misión IXPE. “Sin embargo, el mecanismo de acreción funciona de manera muy similar”.
Esto sugiere que los conocimientos obtenidos a partir del estudio de agujeros negros más cercanos y más pequeños pueden ayudar a los científicos a desvelar los secretos de sus primos lejanos y mucho más masivos. Es una perspectiva apasionante que podría ampliar nuestra comprensión de los agujeros negros en escalas muy diferentes.
Los hallazgos fueron publicados en The Astrophysical Journal.
Fuente: ZME Science.
