Proponen nuevo método para buscar agujeros negros.

Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) idean una estrategia que podría triplicar el censo de agujeros negros estelares conocidos.

Fotograma de una animación artística del jet de V404 Cyg. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).

Un agujero negro es un objeto compacto con una masa superior a 3 veces la masa del Sol. Es tan denso y tiene una fuerza de atracción tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar de él. Por eso no pueden “verse” si no es a través de los efectos que producen, en este caso, sobre su estrella compañera, de la que se alimentan. En general, la caída de materia sobre el agujero negro se produce de forma ordenada y “silenciosa” a través de un disco de acreción. Sin embargo, en ocasiones, esta tiene lugar de forma violenta y compulsiva, generando una fuerte erupción de brillo en rayos X.

Los sistemas binarios compuestos de una estrella que dona masa a un agujero negro son laboratorios esenciales para la comprensión de los fenómenos físicos más extremos del Universo como aquellos que, al final de la vida de una estrella masiva, llevan a la formación del propio agujero negro o una estrella de neutrones. Hasta la fecha, se han descubierto alrededor de 60 candidatos a agujero negro de este tipo en nuestra galaxia, gracias a la detección de erupciones de rayos X transitorias, pero solo se han podido confirmar 17. Esto es debido a las dificultades que presenta estudiar el movimiento de la estrella compañera alrededor del agujero negro, gracias al cual podemos inferir su masa y confirmar así su naturaleza.

El conocimiento que los investigadores tienen sobre la formación y evolución de este tipo de objetos está limitado por el escaso número de sistemas binarios con agujero negro confirmados hasta la fecha. Por ese motivo es importante crear nuevas estrategias que permitan descubrir la población oculta de la galaxia, es decir, aquellos que están “hibernando” en fase inactiva y, por tanto, sin emitir rayos X.

Cygnus X-1 está ubicado cerca de grandes regiones activas de formación estelar en
la Vía Láctea. La ilustración de un artista muestra lo que los astrónomos piensan
que está sucediendo dentro del sistema Cygnus X-1. Cygnus X-1 es un llamado
agujero negro de masa estelar, una clase de agujeros negros que proviene del
colapso de una estrella masiva. El agujero negro atrae material de una estrella gigante
y azul hacia él. Este material forma un disco (que se muestra en rojo y naranja) que
gira alrededor del agujero negro antes de caer en él o de ser redirigido lejos del agujero
negro en forma de chorros de gran alcance. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss.
Enlace noticia de Cygnus X1.

Los investigadores del IAC Jorge Casares y Manuel A. Pérez Torres han probado una novedosa técnica midiendo el brillo de estas parejas con una combinación de filtros centrados en la línea del hidrógeno H-alfa. Las medidas proporcionan información sobre la intensidad y anchura de esta línea, que se forma en el disco de acreción alrededor del agujero negro. En particular, la anchura de H-alfa puede utilizarse como indicador del campo gravitatorio y, por tanto, como diagnóstico de la presencia de un agujero negro. Esta técnica podría revelar de forma muy eficiente nuevos sistemas binarios con agujero negro en fase inactiva.

Para demostrarlo observaron 4 sistemas con agujero negro confirmado, utilizando una serie de filtros especiales con el instrumento ACAM, instalado en el Telescopio William Herschel (WHT), del Grupo de Telescopios Isaac Newton, en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Los resultados de estas observaciones fueron comparados con medidas directas de la anchura de la línea H-alfa, obtenidas con el instrumento OSIRIS, en el Gran Telescopio Canarias (GTC). El resultado demostró que, efectivamente, puede recuperarse la anchura de la línea Halfa mediante técnicas fotométricas, lo cual abre la puerta a una selección más eficiente de agujeros negros inactivos en sistemas binarios.

Se estima que un análisis de alrededor de 1000 grados cuadrados (un 10%) del plano galáctico con esta estrategia podría revelar al menos 50 nuevos objetos de este tipo. Es decir, tres veces más que la población actual conocida. Dicha búsqueda también podría proporcionar un censo detallado de otras poblaciones galácticas como estrellas variables cataclísmicas de periodo corto, binarias de rayos X con estrellas de neutrones o binarias ultra compactas, con períodos orbitales inferiores a 1 hora.

Artículos:

J. Casares, M.A.P. Torres, 2018, "A feasibility study on the photometric detection of quiescent black hole X-ray binaries", MNRAS, 481, 4372. DOI: 10.1093/mnras/sty2570

J. Casares, 2018, "Hibernating black holes revealed by photometric mass functions", MNRAS, 473, 5195. DOI: 10.1093/mnras/stx2690

Enlaces de interés:

• Nota de prensa del Isaac Newton Group of Telescopes: http://www.ing.iac.es/PR/press/BHXBs.html
• Representación artística de un agujero negro: https://youtu.be/hQ0puJqiq68
• Publicado en IAC el 19 de octubre del 2.018, enlace publicación.