25 de marzo de 2009

Agujero negro errático se autorregula

Imagen: NASA/CXC/Harvard/J.Neilsen

Nuevos resultados del observatorio de rayos X Chandra, de la NASA, han hecho un avance importante en la explicación de cómo una clase especial de agujero negro puede apagar las eyecciones de alta velocidad que producen. Estos resultados sugieren que estos agujeros negros poseen un mecanismo para la regulación de la velocidad a la que crecen.

Hay agujeros negros de varios tamaños: el supermasivo, incluidos los de los cuásares, que tienen una masa de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, y los mucho más pequeños agujeros negros de masa estelar que tienen masas medidas en el rango de aproximadamente 7 a 25 veces la masa del Sol. Algunos agujeros negros de masa estelar lanzan poderosos jets de partículas y radiación, como se ven en los cuásares, y se llaman "micro-cuásares".

El nuevo estudio examina un famoso micro-cuásar en nuestra galaxia, y las regiones cercanas a su horizonte de eventos, o punto de no retorno. Este sistema, GRS 1915 +105 (GRS 1915 para abreviar), contiene un agujero negro de alrededor de 14 veces la masa del Sol que está alimentándose de extraerle material a una estrella compañera cercana. A medida que el material se arremolina hacia el agujero negro, se forma un disco de acreción.

Este sistema muestra una variabilidad notable, impredecible y complicada que va desde escalas de tiempo de segundos a meses, incluyendo 14 diferentes patrones de variación. Estas variaciones son provocadas por una mal entendida conexión entre el disco y el jet de radiofrecuencias visto en GRS 1915.

Chandra, con su espectrógrafo, ha observado GRS 1915 once veces desde su lanzamiento en 1999. Estos estudios revelan que el jet de GRS 1915 puede atragantarse periódicamente cuando el viento caliente, visto en rayos X, debe desactivar el disco de acreción alrededor del agujero negro. El viento se considera que cierra el jet privándole de la materia que de otra forma lo habría alimentado. Por el contrario, una vez que el viento disminuye, el jet puede volver a surgir.

"Creemos que el jet y el viento alrededor de este agujero negro se encuentran en una especie de tira y afloja", dijo Joseph Neilsen, estudiante graduado de Harvard y autor principal del artículo científico que aparece en la revista Nature. "A veces uno está ganando y entonces, por razones que no entendemos completamente, el otro vuelve a reaccionar".

Los últimos resultados de Chandra también muestran que el viento y el jet llevan aproximadamente la misma cantidad de la materia del agujero negro. Esto es prueba que el agujero negro está de alguna manera autorregulando su tasa de acreción, que puede estar relacionada con la alternancia de la expulsión de masa, ya sea a través de un jet o un viento del disco de acreción. La autorregulación es un tema común al hablar de agujeros negros supermasivos, pero ésta es la primera evidencia clara en un agujero negro de masa estelar.

"Es emocionante que podamos estar en la pista de explicar dos misterios al mismo tiempo: cómo pueden cerrarse los jets de los agujeros negros y también cómo los agujeros negros regulan su crecimiento", dijo la coautora Julia Lee, profesora asistente en el departamento de Astronomía del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano. "¡Tal vez los agujeros negros pueden autorregularse mejor que los mercados financieros!"

A pesar que los micro-cuásares y los cuásares difieren en masa en factor de millones, deben mostrar una similitud en el comportamiento cuando se tiene en cuenta sus muy diferentes escalas físicas.

"Si los cuásares y los micro-cuásares se comportan de modo muy diferente, entonces tenemos un gran problema para imaginarnos por qué, porque la gravedad los trata igual", dijo Neilsen. "Por lo tanto, nuestro resultado es muy alentador, porque es un vínculo más entre estos diferentes tipos de agujeros negros".

La escala de tiempo para los cambios en el comportamiento de un agujero negro debe variar en proporción a su masa. Por ejemplo, una escala de tiempo de una hora para los cambios en GRS 1915 correspondería a unos 10.000 años para un agujero negro supermasivo que tiene mil millones de veces la masa del Sol.

"No podemos esperar a explorar en este nivel de detalle en un único sistema de agujero negro supermasivo", dijo Lee. "Entonces, podemos aprender muchísimo acerca de los agujeros negros con sólo estudiar agujeros negros de masa estelar como éste".

No se sabe qué causa que el jet se active de nuevo una vez que el viento disminuye y éste sigue siendo uno de los grandes misterios de la astronomía aún sin resolver.

"Todos los grandes observatorios, terrestres y espaciales, han sido utilizados para estudiar este agujero negro en las dos últimas décadas", dijo Neilsen. "Aunque todavía no tenemos todas las respuestas, creemos que nuestro trabajo es un paso en la dirección correcta".

Este trabajo se realiza mediante el espectrómetro "High Energy Transmission Gratings Spectrometer" de Chandra. Estos resultados aparecen en la edición del 26 de marzo de 2009 de la revista Nature.

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.nasa.gov/