15 de octubre de 2008

Sondeando agujeros negros violentamente variables

Imagen: ESO/L. Calçada

El telescopio muy grande VLT de la organización Observatorio Europeo Austral, ESO, en Paranal (Chile) y el satélite Rossi XTE de rayos X, unieron fuerzas para lograr una observación única de la colosal energía que fluye en el núcleo de los agujeros negros. Los astrónomos realizaron un mapa que muestra cómo las variaciones en luz visible coinciden con las variaciones en rayos X en una escala de tiempo corta, lo que demostraría que los campos magnéticos deben jugar un rol importante en la forma en que los agujeros negros tragan materia.

Como la llama de una vela, la luz proveniente de los contornos de un agujero negro no es constante - parpadea, chispea y destella. "El rápido parpadeo de la luz de un agujero negro se observa más comúnmente en las longitudes de onda de rayos X", dice Poshak Gandhi, quien dirigió el equipo internacional que obtuvo estos resultados. "Este nuevo estudio es uno de los pocos hasta la fecha que explora las rápidas variaciones en la luz visible, y lo que es más importante aún, cómo estas fluctuaciones se relacionan con aquéllas en rayos X".

Las observaciones rastrearon los destellos de los agujeros negros simultáneamente usando dos instrumentos diferentes, uno en la Tierra y uno en el espacio. Los datos de rayos X fueron tomados usando el satélite Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA. La luz visible fue recolectada con la cámara de alta velocidad ULTRACAM, un instrumento visitante en el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Paranal, que registra hasta 20 imágenes por segundo. ULTRACAM fue desarrollada por los miembros del equipo Vik Dhillon y Tom Marsh. "Éstas son de las observaciones más rápidas de un agujero negro jamás obtenidas con un telescopio óptico grande", dice Dhillon.

Para su sorpresa, los astrónomos descubrieron que las fluctuaciones de la luminosidad en luz visible eran incluso más rápidas que las observadas en rayos X. Además, se descubrió que las variaciones en luz visible y rayos X no eran simultáneas, sino que seguían un patrón repetido y notable: justo antes de un destello de rayos X la luz visible disminuye, para luego surgir como un destello brillante por una ínfima fracción de segundo antes de disminuir rápidamente otra vez.

Ninguna de estas radiaciones surge directamente del agujero negro, sino de los intensos flujos de energía de materia cargada eléctricamente en sus inmediaciones. El entorno de un agujero negro es constantemente modificado por una mezcla caótica de fuerzas intensas y contrapuestas tales como la gravedad, magnetismo y presión explosiva. Como consecuencia, la luz emitida por los flujos calientes de materia varía en brillo de manera confusa y caótica.

"Pero el patrón encontrado en este nuevo estudio posee una estructura estable que se destaca en medio de una variabilidad que de lo contrario sería caótica, por lo que entrega pistas esenciales acerca de los procesos físicos subyacentes predominantes en acción", dice el miembro del equipo, Andy Fabian.

La emisión de luz visible desde los alrededores de los agujeros negros fue considerada durante mucho tiempo como un efecto secundario, con un estallido de rayos X primario que ilumina el gas circundante y que posteriormente brilla en el rango visible. Pero si esto fuera así, cualquier variación en la luz visible ocurriría después de la variabilidad de rayos X, y tardaría mucho más en llegar al máximo y en apagarse después. "El rápido parpadeo de la luz visible recién descubierto, inmediatamente descarta este escenario para ambos sistemas estudiados", afirma Gandhi. "En cambio las variaciones en la producción de rayos X y luz visible deben tener cierto origen común, muy cerca al agujero negro mismo".

Los intensos campos magnéticos representan el mejor candidato para entender el proceso físico predominante. Actuando como un depósito, pueden absorber la energía liberada cerca del agujero negro, almacenándola hasta que se pueda descargar como plasma caliente (múltiples millones de grados) que emite rayos X, o como flujos de partículas cargadas que se propagan a velocidades cercanas a la de la luz. La división de la energía hacia estos dos componentes puede resultar en el patrón característico de la variabilidad de los rayos X y de la luz visible.

Los dos agujeros negros estudiados, GX 339-4 y SWIFT J1753.5-0127, son los vestigios de estrellas masivas muertas en la Vía Láctea. Pertenecen a sistemas estelares binarios separados, donde el agujero negro está unido a una estrella normal que está perdiendo materia hacia su compañero oscuro. Ambos agujeros negros tienen masas de aproximadamente diez veces la del Sol, sin embargo el tamaño de sus órbitas es de sólo algunos millones de kilómetros, mucho más compactas que la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

Aparte de Gandhi, Dhillon, Durant, Fabian, y Marsh, los otros miembros del equipo son Kazuo Makshima de la Universidad de Tokio, Japón; Jon Miller de la Universidad de Michigan, EE.UU.; Tariq Shahbaz del Instituto de Astrofísica de Canarias, España; y Henk Spruit del Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania.

El artículo científico lleva por título 'Rapid optical and X-ray timing observations of GX 339-4: flux correlations at the onset of a low/hard state' y se publica en la edición 390 del Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.eso.org/