El 11 de marzo, un instrumento a bordo de la Estación Espacial Internacional detectó una enorme explosión de luz de rayos X que creció hasta ser seis veces más brillante que la Nebulosa del Cangrejo, a casi 10,000 años luz de distancia de la Tierra. Los científicos determinaron que la fuente era negraagujero atrapado en medio de una explosión: una fase extrema en la que un agujero negro puede arrojar explosiones brillantes de energía de rayos X mientras devora una avalancha de gas y polvo de una estrella cercana.
Ahora los astrónomos del MIT y otros lugares han detectado "ecos" dentro de esta explosión de emisiones de rayos X, que creen que podría ser una pista de cómo evolucionan los agujeros negros durante un estallido. En un estudio publicado hoy en la revista Naturaleza , el equipo informa evidencia de que a medida que el agujero negro consume enormes cantidades de material estelar, su corona, el halo de electrones altamente energizados que rodea un agujero negro, se contrae significativamente, desde una extensión inicial de aproximadamente 100 kilómetros aproximadamenteel ancho de Massachusetts a solo 10 kilómetros, en poco más de un mes
Los hallazgos son la primera evidencia de que la corona se encoge cuando un agujero negro se alimenta o aumenta. Los resultados también sugieren que es la corona la que impulsa la evolución de un agujero negro durante la fase más extrema de su arrebato.
"Esta es la primera vez que vemos este tipo de evidencia de que se está reduciendo la corona durante esta fase particular de la explosión de la explosión", dice Jack Steiner, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT ".la corona sigue siendo bastante misteriosa, y todavía tenemos una comprensión débil de lo que es. Pero ahora tenemos evidencia de que lo que está evolucionando en el sistema es la estructura de la corona misma ".
Los coautores de Steiner en el MIT incluyen a Ronald Remillard y al primer autor Erin Kara.
ecos de rayos X
El agujero negro detectado el 11 de marzo se llamó MAXI J1820 + 070, por el instrumento que lo detectó. La misión Monitor de imagen de rayos X de todo el cielo MAXI es un conjunto de detectores de rayos X instalados en el Experimento japonésMódulo de la Estación Espacial Internacional ISS, que monitorea todo el cielo para detectar estallidos y bengalas de rayos X.
Poco después de que el instrumento captara el estallido del agujero negro, Steiner y sus colegas comenzaron a observar el evento con la estrella de neutrones Interior Composition Explorer de la NASA, o NICER, otro instrumento a bordo de la ISS, que fue diseñado en parte por el MIT, para medir la cantidad ysincronización de los fotones de rayos X entrantes.
"Este agujero negro en auge y brillante apareció en escena, y estaba casi completamente despejado, así que obtuvimos una visión muy clara de lo que estaba sucediendo", dice Steiner.
Un estallido típico puede ocurrir cuando un agujero negro absorbe enormes cantidades de material de una estrella cercana. Este material se acumula alrededor del agujero negro, en un vórtice giratorio conocido como disco de acreción, que puede abarcar millones de millas de diámetro.el disco que está más cerca del centro del agujero negro gira más rápido, generando una fricción que calienta el disco.
"El gas en el centro tiene una temperatura de millones de grados", dice Steiner. "Cuando calienta algo tan caliente, brilla como rayos X. Este disco puede sufrir avalanchas y verter su gas en el agujero negro centralaproximadamente el valor del gas del Monte Everest por segundo. Y es entonces cuando entra en erupción, que generalmente dura aproximadamente un año ".
Los científicos han observado previamente que los fotones de rayos X emitidos por el disco de acreción pueden hacer ping a los electrones de alta energía en la corona de un agujero negro. Steiner dice que algunos de estos fotones pueden dispersarse "hasta el infinito", mientras que otros se dispersan de nuevo enel disco de acreción como rayos X de mayor energía.
Al usar NICER, el equipo pudo recolectar mediciones extremadamente precisas de la energía y el tiempo de los fotones de rayos X a lo largo del estallido del agujero negro. Crucialmente, recogieron "ecos" o retrasos entre los fotones de baja energía esosque podría haber sido emitido inicialmente por el disco de acreción y fotones de alta energía los rayos X que probablemente habían interactuado con los electrones de la corona. En el transcurso de un mes, los investigadores observaron que la longitud de estos retrasos disminuyó significativamente,indicando que la distancia entre la corona y el disco de acreción también se estaba reduciendo. ¿Pero era el disco o la corona lo que se estaba moviendo?
Para responder a esto, los investigadores midieron una firma que los astrónomos conocen como la "línea de hierro", una característica que emiten los átomos de hierro en un disco de acreción solo cuando reciben energía, como por el reflejo de los rayos Xfotones de los electrones de una corona. Por lo tanto, el hierro puede medir el límite interno de un disco de acreción.
Cuando los investigadores midieron la línea de hierro durante el estallido, no encontraron ningún cambio medible, lo que sugiere que el disco en sí no estaba cambiando de forma, sino que permanecía relativamente estable. Junto con la evidencia de una disminución del retraso de los rayos X, concluyeron quedebe ser la corona la que estaba cambiando y disminuyendo como resultado del estallido del agujero negro.
"Vemos que la corona comienza cuando esta burbuja hinchada, de 100 kilómetros dentro del disco de acreción interno, luego se reduce a algo así como 10 kilómetros, durante aproximadamente un mes", dice Steiner. "Este es el primer caso inequívoco deuna corona se encoge mientras el disco es estable "
"NICER nos ha permitido medir ecos de luz más cercanos a un agujero negro de masa estelar que nunca", agrega Kara. "Anteriormente, estos ecos de luz del disco de acreción interno solo se veían en agujeros negros supermasivos, que son de millones a miles de millonesde masas solares y evolucionar durante millones de años. Los agujeros negros estelares como J1820 tienen masas mucho más bajas y evolucionan mucho más rápido, por lo que podemos ver los cambios que se desarrollan en las escalas de tiempo humano ".
Si bien no está claro qué causa exactamente que la corona se contraiga, Steiner especula que la nube de electrones de alta energía está siendo presionada por la abrumadora presión generada por la avalancha de gas en caída del disco de acreción.
Los hallazgos ofrecen nuevas ideas sobre una fase importante del estallido de un agujero negro, conocida como una transición de un estado duro a uno blando. Los científicos han sabido que en algún momento temprano en un estallido, un agujero negro cambia de un "duro""fase que está dominada por la energía de la corona, a una fase" blanda "que se rige más por las emisiones del disco de acreción.
"Esta transición marca un cambio fundamental en el modo de acreción de un agujero negro", dice Steiner. "Pero no sabemos exactamente qué está pasando. ¿Cómo pasa un agujero negro de ser dominado por una corona a su disco?¿El disco se mueve y toma el control, o la corona cambia y se disipa de alguna manera? Esto es algo que la gente ha estado tratando de desentrañar durante décadas Y ahora este es un trabajo definitivo con respecto a lo que está sucediendo en esta fase de transición, yque lo que está cambiando es la corona "
Esta investigación es apoyada, en parte, por la NASA a través de la misión NICER y el Programa de Exploradores de Astrofísica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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