Los astrónomos han descubierto ocho nuevos «binarios de agujeros negros que hacen eco» en nuestra galaxia con una nueva herramienta de búsqueda automatizada a la que llaman «Máquina de reverberación». Estos son sistemas con una estrella en órbita y, a veces, siendo devorados por un agujero negro. Anteriormente, solo se sabía que dos de estos sistemas en la Vía Láctea emitían «ecos de rayos X» que podían detectarse.
Hay millones de agujeros negros esparcidos por nuestra galaxia. Son pozos de gravedad extremadamente fuertes que doblan el espacio y el tiempo. Nada de lo que cae, ni siquiera la luz, puede escapar de él. Esto los hace oscuros por definición y difíciles de detectar. Pero a medida que un agujero negro atrae gas y polvo de una estrella en órbita, puede emitir ráfagas de luz de rayos X que rebotan y hacen eco en el gas que gira en espiral hacia él e ilumina brevemente los alrededores del agujero negro.
Los astrónomos han publicado sus hallazgos en un artículo de investigación titulado, “La «máquina de reverberación» NICER: un estudio sistemático de los retrasos en los binarios de rayos X de agujeros negros”, publicado en The Astrophysical Journal.
Al comparar estos ecos de rayos X entre sistemas, el equipo ha reunido una imagen general de cómo evoluciona un agujero negro durante un estallido. Observaron que un agujero negro primero pasa por un estado «duro», en el que genera una corona de fotones de alta energía junto con un chorro de partículas relativistas que luego se lanzan a una velocidad cercana a la de la luz.
En un momento, el agujero negro emite un último destello de alta energía antes de pasar a un estado «suave» de baja energía. Este destello podría ser una señal de que la corona del agujero negro (región de plasma de alta energía justo fuera del límite de un agujero negro) se expande brevemente y expulsa un estallido de partículas de alta energía antes de desaparecer por completo.
Estos nuevos hallazgos podrían ayudar a los científicos a explicar cómo los agujeros negros supermasivos más grandes en el centro de una galaxia pueden expulsar partículas a través de vastas escalas cósmicas para dar forma a la formación de una galaxia.
«El papel de los agujeros negros en la evolución de las galaxias es una cuestión pendiente en la astrofísica moderna. Curiosamente, estos binarios de agujeros negros parecen ser ‘mini’ agujeros negros supermasivos, por lo que al comprender los estallidos en estos pequeños sistemas cercanos, podemos entender cómo estallidos similares en los agujeros negros supermasivos afectan a las galaxias en las que residen”, dice Erin Kara, profesora asistente de física en el MIT, en un comunicado de prensa.
Kara y sus colegas usan ecos de rayos X para mapear los alrededores de un agujero negro, de manera similar a la forma en que los murciélagos usan la ecolocalización para navegar en su vecindad. Los murciélagos emiten sonidos que rebotan en los obstáculos y regresan al murciélago como un eco. El animal nocturno puede calcular la distancia entre él y el obstáculo en función del tiempo que tarda el eco en volver a él, ayudándole a mapear su entorno.
De manera similar, el equipo de investigación busca mapear la vecindad inmediata de un agujero negro utilizando ecos de rayos X. Estos ecos presentan retrasos de tiempo entre dos tipos de luz de rayos X: la luz emitida directamente desde la corona y la luz de la corona que rebota en el gas y el polvo que se mueven en espiral hacia el agujero negro.
Los investigadores pueden observar el momento en que un telescopio recibe la luz de la corona y compararlo con el momento en que recibe los ecos de rayos X para calcular una estimación de la distancia entre la corona y el disco de acreción (flujo de plasma en forma de disco, gas , polvo y otras materias alrededor de un agujero negro).
Observar cómo estos retrasos cambian con el tiempo revelará cómo evolucionan la corona y el disco de un agujero negro a medida que el agujero negro consume material estelar.
Como proyecto paralelo, Kara está trabajando con académicos de educación y música del MIT para convertir estas emisiones de eco de rayos X en ondas de sonido que pueden ser escuchadas por humanos. Puedes escuchar estas ondas en el siguiente video.
El equipo identificó un tema común de evolución en todos los sistemas. En el estado duro inicial, cuando la corona y las partículas de alta energía dominan la energía del agujero negro, detectaron retrasos breves y rápidos, del orden de milisegundos. Este estado dura varias semanas. Después de eso, se produce una transición durante varios días, en los que la corona y el chorro chisporrotean y se extinguen.
Luego, el estado blando dominado por los rayos X de menor energía del disco de acreción del agujero negro toma el control. Durante este período de transición, los astrónomos descubrieron que los lapsos de tiempo se hicieron más largos durante un breve período en los diez sistemas, lo que implica que la distancia entre la corona puede expandirse brevemente hacia afuera y hacia arriba en un estallido de alta energía antes de que el agujero negro termine de consumir la mayor parte de la energía. el material estelar y se va quieto.
