Observan lo que ocurre en el interior de un agujero negro

Un agujero negro​ es una región del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada y densa como para generar un campo gravitatorio que impide que una partícula material, ni siquiera la luz, pueda escapar de su interior.

Ahora, científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA), han podido conocer, gracias a datos del observatorio de alta energía “Integral”, los procedimientos mediante los cuales un misterioso agujero expulsó “balas” de plasma mientras rotaba en el espacio. 

El agujero negro en cuestión forma parte del sistema binario V404 Cygni y absorbe material de su estrella compañera. Se halla en la Vía Láctea, a unos 8.000 años luz de la Tierra, y fue identificado por primera vez en 1989, cuando provocó una enorme emisión de material y radiación de alta energía.

Tras 26 años de inactividad volvió a despertar en 2015 y, durante un breve lapso, se convirtió en el objeto más brillante del firmamento observable en rayos X de alta energía.

Astrónomos de todo el mundo apuntaron sus telescopios terrestres y espaciales hacia este objeto celeste y descubrieron que el agujero negro presentaba un comportamiento peculiar.

Ahora, un nuevo estudio basado en datos recopilados durante la emisión de 2015 acaba de arrojar luz sobre los procedimientos internos de este monstruo cósmico. Los resultados se han publicado en la revista Nature.

Estrella compañera

“Durante el estallido observamos detalles de los chorros emitidos al expulsarse material a muy alta velocidad desde las inmediaciones del agujero negro”, explica Simone Migliari, astrofísico de la ESA y coautor del artículo. “Se ven chorros expelidos en distintas direcciones en menos de una hora, lo que significa que las regiones interiores del sistema rotan a bastante velocidad”.

Los astrónomos normalmente observan cómo estos chorros salen directamente de los polos de los agujeros negros, en perpendicular al disco de material que los rodea y que acrece a partir de la estrella compañera.

Anteriormente solo se había observado un agujero negro con un chorro en rotación. Y su velocidad era muy inferior, pues tardaba unos seis meses en dar una vuelta completa.

Los astrónomos observaron los chorros de V404 Cygni en ondas de radio con telescopios como los que conforman el Sistema de Antenas de Línea de Base Muy Larga (VLBA) en Estados Unidos.

Al mismo tiempo, los datos de rayos X de alta energía de Integral y otros observatorios espaciales contribuyeron a descifrar lo que estaba sucediendo al mismo tiempo en la región interior del disco de acreción, de 10 millones de kilómetros de diámetro.

La mecánica del disco era la responsable del extraño comportamiento del chorro, de ahí la importancia de estas observaciones.
“Lo distinto en el caso de V404 Cygni es que creemos que el disco de material y el agujero negro están desalineados”, señala el profesor asociado James Miller-Jones, del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía (ICRAR) de la Universidad Curtin (Austria), autor principal del nuevo artículo.

“Aparentemente, esto está haciendo que el interior del disco se tambalee, como una peonza que se va perdiendo velocidad, y que emita chorros en distintas direcciones a medida que cambia su orientación”.

Disco de acreción inclinado

Durante el estallido, una gran cantidad de material circundante cayó dentro del agujero negro de una sola vez, por lo que el ritmo de acreción de material hacia el agujero se incrementó temporalmente y esto hizo que la energía se disparase. El observatorio Integral detectó este fenómeno en forma de un aumento abrupto en la emisión de rayos X.

Las observaciones de Integral se utilizaron para calcular la energía y la geometría de la acreción hacia el agujero negro, lo que a su vez resultó crucial para comprender la relación entre el material entrante y saliente, y obtener así una visión completa de la situación.

“Gracias a Integral, pudimos observar V404 Cygni durante cuatro semanas ininterrumpidamente, mientras que otros satélites de alta energía solo pudieron realizar capturas más breves”, apunta Erik Kuulkers, científico del proyecto Integral de la ESA.

“Los datos rayos X respaldan un modelo según el cual el interior del disco de acreción se encuentra inclinado con respecto al resto del sistema, probablemente debido a que la rotación del agujero negro está inclinada con respecto a la órbita de la estrella compañera”, explica Simone.

Algo extraño

Los científicos han estado investigando las causas de esta extraña desalineación. Una posibilidad sería que el eje de rotación del agujero negro estuviera inclinado por un impacto recibido durante la supernova que lo creó.

“Los resultados encajarían en un escenario, también estudiado en recientes simulaciones por ordenador, en el que el flujo de acreción en las inmediaciones del agujero negro y los chorros rotarían juntos”, concluye Erik.

“Es de esperar que encontremos dinámicas similares en cualquier agujero negro de fuerte acreción cuya rotación esté desalineada con el gas entrante, y deberemos tener en cuenta los distintos ángulos de inclinación de los chorros a la hora de interpretar las observaciones de agujeros negros a través del Universo”.

Referencia

A rapidly changing jet orientation in the stellar-mass black-hole system V404 Cygni. James C. A. Miller-Jones et al. Nature (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1152-0