Los astrónomos toman el latido del corazón de un agujero negro.

Representación artística de las dos fases de actividad de un agujeto negro.
Izquierda: Una gran corona alrededor del agujero negro. 
Derecha: Corona más pequeña cuando los chorros estallan. 
Crédito imagen: Méndez et al.
/ Nature Astronomy, 2022.

Un nuevo estudio ha descubierto que los poderosos chorros de viento que salen disparados de un agujero negro solo ocurren después de que ha acumulado una capa exterior caliente de plasma, conocida como su corona. Los investigadores observaron el comportamiento de un agujero negro en nuestra galaxia y desarrollaron un gráfico de ecocardiograma cósmico, que muestra su «latido de corazón».

El equipo, dirigido por la Universidad de Groningen en los Países Bajos y que incluye a la Universidad de Southampton, ha publicado sus resultados en la revista Nature Astronomy.

Así como la sangre en un corazón humano no puede estar en la aurícula y en los ventrículos al mismo tiempo, un agujero negro también parece recolectar material y calentarlo en una llamada corona, y luego escupirlo en chorros.

Animación de dos fases de un agujero negro. Los astrónomos toman el «latido del corazón» de un agujero negro Un agujero negro recibe una gran corona primero, y solo después de eso emite chorros. Esto lo revela, entre otras cosas, el gráfico de latidos de corazón que un equipo internacional de astrónomos ha realizado de un agujero negro y una estrella orbitando uno alrededor del otro. El equipo, dirigido por Mariano Méndez de la Universidad de Groningen (Países Bajos), publicará sus resultados en Nature Astronomy.
Crédito: Méndez et al. / Nature Astronomy 2022.

“Parece lógico, pero ha habido un debate durante veinte años sobre si la corona y el chorro eran simplemente la misma cosa. Ahora vemos que surgen uno tras otro y que el chorro se sigue de la corona”, dice el investigador principal Mariano Méndez de la Universidad de Groningen.

“Fue todo un desafío demostrar esta naturaleza secuencial. Tuvimos que comparar datos de años con segundos, y de energías muy altas con energías muy bajas”, continuó.

15 años de datos

Los investigadores recopilaron 15 años de datos de varios telescopios. Entre otros, apuntaron el Rossi X-ray Timing Explorer hacia el agujero negro GRS 1915+105 desde el espacio aproximadamente cada tres días y recolectaron radiación de rayos X de alta energía de la corona. Los astrónomos combinaron los datos de rayos X con los del Telescopio Ryle. Esta es una colección de antenas de radio a unos noventa kilómetros al norte de Londres, que recogen radiación de radio de baja energía del chorro del agujero negro casi todos los días.

“A veces necesitamos años de observaciones regulares para aprender física fundamental. Este es uno de esos casos, en los que tuvimos que combinar quince años de datos de telescopios terrestres y espaciales para comprender cómo este agujero negro interactúa con su entorno”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Diego Altamirano de la Universidad de Southampton.

El ‘latido’ de un agujero negro (con monitor cardíaco). Crédito: Méndez et al. / Nature Astronomy.

El agujero negro GRS 1915+105 no es un agujero negro aislado, sino un sistema doble formado por un agujero negro y una estrella normal que giran uno alrededor del otro. Este doble sistema se encuentra en nuestra Vía Láctea a unos 36.000 años luz de la Tierra. El agujero negro pesa hasta doce veces nuestro Sol, lo que lo convierte en uno de los agujeros negros estelares más pesados ​​que se conocen.

También podría estar sucediendo en el centro de la Vía Láctea.

Ahora que los investigadores han probado la secuencia, todavía quedan algunas preguntas sin respuesta. Por ejemplo, la radiación de rayos X que los telescopios recogen de la corona contiene más energía de la que puede explicarse únicamente por la temperatura de la corona. Los investigadores sospechan que un campo magnético procedente del disco de acreción proporciona energía adicional. Este campo magnético y la energía que lo acompaña también podrían explicar por qué se forman los chorros. Si el campo magnético actúa de forma caótica, la corona se calienta. Si el campo magnético se vuelve más organizado, el material puede escapar a través de las líneas de campo en un chorro.

Los investigadores sugieren que el principio que demostraron también puede aplicarse a agujeros negros más pesados, por ejemplo, al agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.

Artículo científico
Acoplamiento entre la corona de acreción y el chorro relativista en el micro cuásar GRS 1915+105. Por: Mariano Méndez (1), Konstantinos Karpouzas (1,3), Federico García (1,2), Liang Zhang (3), Yuexin Zhang (1), Tomaso M. Belloni (4) y Diego Altamirano (3). Aceptado para su publicación en Nature Astronomy. [ originales | preimpresión (pdf)]

1. Instituto Astronómico Kapteyn, Universidad de Groningen, Países Bajos.
2. Instituto Argentino de Radioastronomía, Buenos Aires, Argentina.
3. Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Southampton, Southampton, Reino Unido.
4. INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italia.

Fragmento del ‘latido del corazón’ de un agujero negro. El eje x horizontal muestra los días. Este video muestra 500 días de datos. La curva verde es la emisión de radio. En los picos verdes el chorro es más fuerte. Los puntos rojos y azules muestran la radiación de rayos X y son una medida del tamaño de la corona. Los puntos azules muestran que la corona es la más pequeña y el chorro es el más intenso, por lo que los chorros siempre se producen cuando la corona es la más pequeña. 
Crédito: Méndez et al.

[alta resolución | película con sonido como un monitor cardíaco | pelicula con sonido, una comparación con un monitor de corazón].

Fuente: Universidad de Southampton, UK.

Artículo original:Astronomers take heartbeat of black hole‘. March 7, 2022.

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Otro hallazgo sobre los chorros de agujeros negros dirigido por investigadores de la Universidad de Groningen:

Agujero negro menos poderoso limpia el medio ambiente después de todo.

Simulación de cuatro pasos de un agujero negro con un chorro de radio de baja energía que despeja el centro de una galaxia como un soplador de hojas. Hay 200.000 años entre cada imagen.
Crédito ilustración:
Mukherjee et al.

Un equipo internacional de astrónomos dirigido por científicos holandeses ha descubierto que incluso una corriente en chorro débil de un agujero negro de baja actividad puede ser una especie de soplador de hojas para limpiar partes de una galaxia. El agujero negro observado elimina alrededor del 75% del gas frío en las regiones centrales de la galaxia en unos pocos millones de años. Esto probablemente detiene la formación de estrellas. Los investigadores publican sus hallazgos en la revista Nature Astronomy.

Hasta ahora, los astrónomos siempre han asumido que solo los agujeros negros con una fuerte radiación detienen la formación de estrellas dentro de la galaxia. Esto se debe a que estos agujeros negros expulsan gas, que es el componente básico de las estrellas. La pregunta, sin embargo, es si las galaxias sin agujeros negros que radian fuertemente también se ven inhibidas en su crecimiento. La investigadora principal de este trabajo, Suma Murthy, también es del Instituto Astronómico Kapteyn, de la Universidad de Groningen, Países Bajos.

El Telescopio de Horizonte de Evento traza campos magnéticos alrededor de un agujero negro

El agujero negro supermasivo de M87 produce un chorro colimado, visible en esta imagen del Hubble. Su contra-chorro no se ve porque los efectos relativistas hacen que el chorro que se aleja parezca menos brillante. 
Créditos: El equipo de «Hubble Heritage» (STScI / AURA) y NASA / ESA.

Hace casi dos años, el equipo del Telescopio de Horizonte de Evento (EHT), llamó la atención del mundo. Obtuvo una impresionante primera imagen de las regiones internas alrededor de un agujero negro supermasivo, M87. Ahora el equipo está compartiendo nuevos conocimientos a partir de sus observaciones sin precedentes. Este agujero negro está relativamente cerca, es enorme (¡6.500 millones de masas solares!) y no varía demasiado rápido. Además, M87 * es la fuente de un espectacular jet de 5000 años luz de longitud.

Los chorros se producen cuando se arroja material en acumulación desde los polos de un agujero negro supermasivo a velocidades increíbles. Pero los medios por los que se lanzan, aceleran y moldean, e incluso cómo emiten luz, siguen siendo preguntas abiertas.

¿Podría M87 ayudarnos a comprender mejor estos fenómenos dramáticos?  El equipo del EHT ha lanzado dos nuevas publicaciones que brindan información adicional sobre el entorno cercano a M87 *, de donde se origina su jet. El siguiente artículo lo presenta:

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