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Rayos X revelan materia nunca antes vista en torno a un agujero negro

30/07/2018 - 12:41
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Imagen: NASA

Tecnología de observación basada en rayos X ha permitido aclarar cómo la gravedad afecta la forma de la materia cerca del agujero negro en el sistema binario Cygnus X-1.

Los hallazgos de una colaboración entre científicos de Japón y Suecia, que se publicaron en 'Nature Astronomy', pueden ayudar a comprender mejor la física de la gravedad fuerte y la evolución de los agujeros negros y las galaxias.

Cerca del centro de la constelación de Cygnus se encuentra una estrella que orbita el primer agujero negro descubierto en el universo. Juntos, forman un sistema binario conocido como Cygnus X-1. Este agujero negro es también una de las fuentes más brillantes de rayos X en el cielo. Sin embargo, la geometría de la materia que da lugar a esta luz era incierta. El equipo de investigación reveló esta información de una nueva técnica llamada polarimetría de rayos X.

Tomar una foto de un agujero negro no es fácil. Por un lado, aún no es posible observar un agujero negro porque la luz no puede escapar de él.

Por el contrario, en lugar de observar el agujero negro en sí, los científicos pueden observar la luz proveniente de la materia cercana al agujero negro. En el caso de Cygnus X-1, este asunto proviene de la estrella que orbita de cerca el agujero negro.

La mayoría de la luz que vemos, como la del sol, vibra en muchas direcciones. La polarización filtra la luz para que vibre en una dirección. Es así como las gafas de nieve con lentes polarizadas les permiten a los esquiadores ver con mayor facilidad dónde están bajando la montaña: funcionan porque el filtro corta la luz reflejándose en la nieve.

"Es la misma situación con rayos X duros alrededor de un agujero negro", dijo el profesor asistente de la Universidad de Hiroshima y coautor del estudio Hiromitsu Takahashi. "Sin embargo, los rayos X y rayos gamma procedentes del agujero negro penetran en este filtro. No existen tales 'gafas' para estos rayos, por lo que necesitamos otro tipo especial de tratamiento para dirigir y medir esta dispersión de luz".

El equipo necesitaba descubrir de dónde venía la luz y dónde se dispersaba. Para hacer ambas mediciones, lanzaron un polarímetro de rayos X en un globo llamado PoGO +. A partir de ahí, el equipo pudo reconstruir qué fracción de rayos X duros se reflejaba en el disco de acreción e identificar la forma de la materia.

Dos modelos en competencia describen cómo se puede ver la materia cerca de un agujero negro en un sistema binario como Cygnus X-1: el poste de la lámpara y el modelo extendido. En el modelo de poste de la lámpara, la corona es compacta y está unida estrechamente al agujero negro. Los fotones se doblan hacia el disco de acreción, lo que resulta en más luz reflejada. En el modelo extendido, la corona es más grande y se extiende alrededor del agujero negro. En este caso, la luz reflejada por el disco es más débil.

Dado que la luz no se dobló por la fuerte gravedad del agujero negro, el equipo concluyó que el agujero negro se ajustaba al modelo de corona extendida.

Con esta información, los investigadores pueden descubrir más características sobre los agujeros negros. Un ejemplo es su giro. Los efectos del giro pueden modificar el espacio-tiempo que rodea el agujero negro. El giro también podría proporcionar pistas sobre la evolución del agujero negro. Podría estar disminuyendo la velocidad desde el comienzo del universo, o podría estar acumulando materia y girando más rápido.

"El agujero negro en Cygnus es uno de muchos", dijo Takahashi. "Nos gustaría estudiar más agujeros negros utilizando la polarimetría de rayos X, como los que están más cerca del centro de las galaxias. Quizás comprendamos mejor la evolución del agujero negro, así como la evolución de las galaxias".


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