Enormes anillos alrededor del agujero negro V404 Cygni
Esta imagen muestra un espectacular conjunto de anillos alrededor de un agujero negro, capturado utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Observatorio Swift de Neil Gehrels. Las imágenes de rayos X de los anillos gigantes revelan información sobre el polvo ubicado en nuestra galaxia, utilizando un principio similar a los rayos X realizados en consultorios médicos y aeropuertos.
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| El agujero negro en V404 Cygni está alejando activamente material de una estrella compañera, con aproximadamente la mitad de la masa del Sol, en un disco alrededor del objeto invisible. Una ráfaga de rayos X del agujero negro detectada en 2015 creó los anillos de alta energía a partir de un fenómeno conocido como ecos de luz, donde la luz rebota en las nubes de polvo entre el sistema y la Tierra. En estas imágenes, se muestran los rayos X de Chandra, junto con los datos ópticos del telescopio Pan-STARRS que representan las estrellas en el campo de visión. Cada uno de los anillos concéntricos es creado por el estallido de rayos X que se reflejan en las nubes de polvo a diferentes distancias. Los anillos se muestran incompletos, con espacios en las áreas superior izquierda, superior derecha y media. Estos espacios muestran los bordes del campo de visión de Chandra durante las observaciones, o las secciones del campo que Chandra no observó. Crédito: Rayos X: NASA / CXC / U.Wisc-Madison / S. Heinz et al .; Óptico / IR: Pan-STARRS |
El agujero negro es parte de un sistema binario llamado V404 Cygni, ubicado a unos 7.800 años luz de distancia de la Tierra. El agujero negro está alejando activamente material de una estrella compañera, con aproximadamente la mitad de la masa del Sol, en un disco alrededor del objeto invisible. Este material brilla en rayos X, por lo que los astrónomos se refieren a estos sistemas como "binarios de rayos X".
El 5 de junio de 2015, Swift descubrió una ráfaga de rayos X de V404 Cygni. La explosión creó los anillos de alta energía a partir de un fenómeno conocido como ecos de luz. En lugar de ondas de sonido que rebotan en la pared de un cañón, los ecos de luz alrededor de V404 Cygni se produjeron cuando una ráfaga de rayos X del sistema de agujeros negros rebotó en las nubes de polvo entre V404 Cygni y la Tierra. El polvo cósmico no es como el polvo doméstico, sino más bien como el humo y está formado por pequeñas partículas sólidas.
En esta imagen compuesta, los rayos X de Chandra (azul claro) se combinaron con datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawai que muestran las estrellas en el campo de visión. La imagen contiene ocho anillos concéntricos separados. Cada anillo es creado por rayos X de las llamaradas V404 Cygni observadas en 2015 que se reflejan en diferentes nubes de polvo. (La ilustración de un artista explica cómo se produjeron los anillos vistos por Chandra y Swift. Para simplificar el gráfico, la ilustración muestra solo cuatro anillos en lugar de ocho.
Un equipo de investigadores dirigido por Sebastian Heinz de la Universidad de Wisconsin en Madison analizó 50 observaciones de Swift del sistema realizadas en 2015 entre el 30 de junio y el 25 de agosto, y las observaciones de Chandra realizadas el 11 y 25 de julio de 2015. Fue un evento tan brillante que los operadores de Chandra colocaron intencionalmente V404 Cygni entre los detectores para que otra explosión brillante no dañara el instrumento.
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| La ilustración de este artista muestra en detalle cómo se produce la estructura anillada vista por Chandra y Swift. Cada anillo es causado por rayos X que rebotan en diferentes nubes de polvo. Si la nube está más cerca de nosotros, el anillo parece ser más grande. El resultado es un conjunto de anillos concéntricos con diferentes tamaños aparentes en función de la distancia de la nube intermedia a nosotros. Crédito: Univ. de Wisconsin-Madison / S.Heinz |
Los anillos informan a los astrónomos no solo sobre el comportamiento del agujero negro, sino también sobre el paisaje entre V404 Cygni y la Tierra. Por ejemplo, el diámetro de los anillos en los rayos X revela las distancias a las nubes de polvo intermedias en las que la luz rebotó. Si la nube está más cerca de la Tierra, el anillo parece ser más grande y viceversa. Los ecos de luz aparecen como anillos estrechos en lugar de anillos o halos anchos porque el estallido de rayos X duró solo un período de tiempo relativamente corto.
Los investigadores también utilizaron los anillos para probar las propiedades de las propias nubes de polvo. Compararon los espectros de rayos X, es decir, el brillo de los rayos X en un rango de longitudes de onda, con modelos informáticos de polvo con diferentes composiciones. Diferentes composiciones de polvo darán como resultado diferentes cantidades de rayos X de menor energía que se absorberán y evitarán que se detecten con Chandra. Este es un principio similar a cómo diferentes partes de nuestro cuerpo o nuestro equipaje absorben diferentes cantidades de rayos X, dando información sobre su estructura y composición.
El equipo determinó que lo más probable es que el polvo contenga mezclas de grafito y granos de silicato. Además, al analizar los anillos internos con Chandra, encontraron que las densidades de las nubes de polvo no son uniformes en todas las direcciones. Estudios anteriores han asumido que no.
Un artículo que describe los resultados de V404 Cygni se publicó en la edición del 1 de julio de 2016 de The Astrophysical Journal (preimpresión). Los autores del estudio son Sebastian Heinz, Lia Corrales (Universidad de Michigan); Randall Smith (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian); Niel Brandt (Universidad Estatal de Pensilvania); Peter Jonker (Instituto de Investigaciones Espaciales de los Países Bajos); Richard Plotkin (Universidad de Nevada, Reno); y Joey Neilson (Universidad de Villanova).
Este resultado está relacionado con un hallazgo similar del binario de rayos X Circinus X-1, que contiene una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro, publicado en un artículo en la edición del 20 de junio de 2015 de The Astrophysical Journal, titulado "El señor de los anillos: una distancia cinemática a Circinus X-1 de un eco de luz de rayos X gigante"(preimpresión). Este estudio también fue dirigido por Sebastian Heinz.
Se han publicado varios artículos cada año que informan estudios sobre el estallido de V404 Cygni en 2015 que causó estos anillos. Los estallidos anteriores se registraron en 1938, 1956 y 1989, por lo que los astrónomos aún pueden tener muchos años para seguir analizando el de 2015.
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
• Publicado en Chandra el 5 de agosto, enlace publicación.
