El IXPE de la NASA ayuda a los investigadores a determinar la forma de la corona de un agujero negro
Nuevos hallazgos basados en datos de la misión IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA ofrecen una visión sin precedentes de la forma y la naturaleza de una estructura importante para los agujeros negros llamada corona.
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| Esta ilustración de material que gira alrededor de un agujero negro resalta una característica particular, llamada "corona", que brilla intensamente en la luz de rayos X. En esta representación, la corona puede verse como una neblina púrpura que flota sobre el disco de acreción subyacente y se extiende ligeramente hacia el interior de su borde interior. El material dentro del disco de acreción interior es increíblemente caliente y brillaría con una luz azul blanquecina cegadora, pero aquí se ha reducido el brillo para que la corona se destaque con un mejor contraste. Su color púrpura es puramente ilustrativo, ya que reemplaza el brillo de los rayos X que no sería obvio en la luz visible. La deformación del disco es una representación realista de cómo la inmensa gravedad del agujero negro actúa como una lente óptica, distorsionando nuestra visión del disco plano que lo rodea. NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt |
Una corona es una región de plasma en movimiento que forma parte del flujo de materia hacia un agujero negro, sobre la que los científicos solo tienen un conocimiento teórico. Los nuevos resultados revelan por primera vez la forma de la corona y pueden ayudar a los científicos a comprender el papel de la corona en la alimentación y el mantenimiento de los agujeros negros.
Muchos agujeros negros, llamados así porque ni siquiera la luz puede escapar de su gravedad titánica, están rodeados de discos de acreción, remolinos de gas llenos de escombros. Algunos agujeros negros también tienen chorros relativistas : explosiones ultrapoderosas de materia arrojadas al espacio a gran velocidad por agujeros negros que están devorando activamente material de su entorno.
Menos conocido, quizás, es que los agujeros negros, al igual que el Sol y otras estrellas, también poseen una corona supercalentada. Mientras que la corona del Sol, que es la atmósfera más externa de la estrella, arde a aproximadamente 1,8 millones de grados Fahrenheit, se estima que la temperatura de la corona de un agujero negro es de miles de millones de grados.
Los astrofísicos identificaron previamente coronas entre agujeros negros de masa estelar (aquellos formados por el colapso de una estrella) y agujeros negros supermasivos como el que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea.
“Los científicos llevan mucho tiempo especulando sobre la composición y la geometría de la corona”, dijo Lynnie Saade, investigadora postdoctoral en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, y autora principal de los nuevos hallazgos. “¿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?”
Entra en escena IXPE, que se especializa en la polarización de rayos X , la característica de la luz que ayuda a mapear la forma y la estructura de incluso las fuentes de energía más poderosas, iluminando su funcionamiento interno incluso cuando los objetos son demasiado pequeños, brillantes o distantes para verlos directamente. Así como podemos observar con seguridad la corona del Sol durante un eclipse solar total, IXPE proporciona los medios para estudiar claramente la geometría de acreción del agujero negro, o la forma y estructura de su disco de acreción y estructuras relacionadas, incluida la corona.
“La polarización de rayos X proporciona una nueva forma de examinar la geometría de acreción de los agujeros negros”, dijo Saade. “Si la geometría de acreción de los agujeros negros es similar independientemente de la masa, esperamos que lo mismo sea cierto con respecto a sus propiedades de polarización”.
IXPE demostró que, entre todos los agujeros negros cuyas propiedades coronales se podían medir directamente mediante la polarización, se descubrió que la corona se extendía en la misma dirección que el disco de acreción, lo que proporcionó, por primera vez, pistas sobre la forma de la corona y evidencia clara de su relación con el disco de acreción. Los resultados descartan la posibilidad de que la corona tenga la forma de un poste de luz suspendido sobre el disco.
El equipo de investigación estudió datos de las observaciones de IXPE de 12 agujeros negros, entre ellos Cygnus X-1 y Cygnus X-3, sistemas binarios de agujeros negros de masa estelar a unos 7.000 y 37.000 años luz de la Tierra, respectivamente, y LMC X-1 y LMC X-3, agujeros negros de masa estelar en la Gran Nube de Magallanes a más de 165.000 años luz de distancia. IXPE también observó una serie de agujeros negros supermasivos, incluido el del centro de la galaxia Circinus , a 13 millones de años luz de la Tierra, y los de las galaxias NGC 1068 y NGC 4151 , a 47 millones de años luz de distancia y casi 62 millones de años luz de distancia, respectivamente.
Los agujeros negros de masa estelar suelen tener una masa de aproximadamente 10 a 30 veces la del Sol de la Tierra, mientras que los agujeros negros supermasivos pueden tener una masa de millones a decenas de miles de millones de veces mayor. A pesar de estas enormes diferencias de escala, los datos del IXPE sugieren que ambos tipos de agujeros negros crean discos de acreción de geometría similar.
Eso es sorprendente, dijo el astrofísico Marshall Philip Kaaret, investigador principal de la misión IXPE, porque la forma en que se alimentan los dos tipos es completamente diferente.
“Los agujeros negros de masa estelar arrancan masa a sus estrellas compañeras, mientras que los agujeros negros supermasivos devoran todo lo que los rodea”, afirmó. “Sin embargo, el mecanismo de acreción funciona de manera muy similar”.
Esa es una perspectiva emocionante, dijo Saade, porque sugiere que los estudios de los agujeros negros de masa estelar, generalmente mucho más cercanos a la Tierra que sus primos mucho más masivos, pueden ayudar a arrojar nueva luz sobre las propiedades de los agujeros negros supermasivos también.
El equipo espera realizar próximamente más exámenes de ambos tipos.
Saade anticipa que hay mucho más que aprender de los estudios de rayos X de estos gigantes. “IXPE ha proporcionado la primera oportunidad en mucho tiempo para que la astronomía de rayos X revele los procesos subyacentes de acreción y permita nuevos hallazgos sobre los agujeros negros”, dijo.
Los hallazgos completos están disponibles en el último número de The Astrophysical Journal .
Más sobre IXPE
IXPE, que continúa brindando datos sin precedentes que permiten realizar descubrimientos revolucionarios sobre los objetos celestes en todo el universo, es una misión conjunta de la NASA y la Agencia Espacial Italiana con socios y colaboradores científicos en 12 países. IXPE está dirigida por Marshall. Ball Aerospace, con sede en Broomfield, Colorado, administra las operaciones de la nave espacial junto con el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder.
Obtenga más información sobre la misión continua de IXPE aquí:
Elizabeth Landau
Sede de la NASA
202-358-0845
Lane Figueroa
Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA
256-544-0034
Publicado en NASA el 17 de octubre del 2024, enlace publicación.
