Un equipo internacional de investigación ha publicado hallazgos notables a partir de una observación realizada con XRISM del sistema binario de rayos X de agujeros negros 4U 1630–472, ubicado en nuestra galaxia. XRISM es un satélite astronómico de rayos X desarrollado por Japón en colaboración con Estados Unidos y Europa, y lanzado desde el Centro Espacial Tanegashima el 7 de septiembre de 2023.
Esta observación, realizada durante el final de una erupción, capturó con éxito las líneas de absorción de hierro altamente ionizado en el estado de rayos X más débil del sistema. Los resultados ofrecen una visión excepcional de la estructura y el movimiento del gas caliente alrededor de un agujero negro durante su fase de rayos X más débil, aportando nuevos conocimientos sobre cómo estos sistemas extremos evolucionan e interactúan con su entorno.
El trabajo se publica en The Astrophysical Journal Letters. El equipo estuvo dirigido por el profesor Jon M. Miller (Universidad de Michigan), el Dr. Misaki Mizumoto (Universidad de Formación Docente de Fukuoka) y la Dra. Megumi Shidatsu (Universidad de Ehime).
Los agujeros negros varían en tamaño desde unas pocas masas solares hasta miles de millones de veces superiores a las del Sol. Un sistema binario de rayos X con agujero negro contiene un agujero negro de masa estelar, típicamente menos de unas pocas decenas de veces la masa solar, que orbita una estrella normal. El gas extraído de la estrella compañera se desplaza en espiral hacia el agujero negro, formando un disco de acreción extremadamente caliente. En sus regiones internas, las temperaturas pueden alcanzar casi 10 millones de Kelvin, lo que genera una intensa emisión de rayos X.
Se conocen alrededor de 100 sistemas binarios de rayos X con agujero negro, confirmados o candidatos, incluyendo el notable Cygnus X-1. Estos sistemas pasan la mayor parte del tiempo en un estado tenue, pero ocasionalmente experimentan estallidos, durante los cuales su brillo en rayos X puede multiplicarse por 10.000 en tan solo una semana. Durante estos episodios, algunos sistemas liberan potentes vientos desde sus discos de acreción; sin embargo, las condiciones que desencadenan estos grandes estallidos y estos vientos de lanzamiento siguen siendo poco conocidas.
El estudio de estos agujeros negros de masa estelar también ofrece información valiosa sobre el comportamiento de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias, lo que puede influir profundamente en la formación estelar y la evolución galáctica. Al observar de cerca los agujeros negros de masa estelar, los astrónomos buscan revelar los procesos universales que configuran los entornos cósmicos.
XRISM incorpora Resolve, un espectrómetro de rayos X suaves de vanguardia capaz de medir energías de rayos X con una precisión sin precedentes. Poco después del inicio de las operaciones regulares, el equipo observó 4U 1630–472, un sistema binario de rayos X con agujeros negros ubicado en la constelación de Norma. Durante aproximadamente 25 horas, entre el 16 y el 17 de febrero de 2024, XRISM capturó el sistema justo antes de que volviera a la inactividad al final de una erupción, cuando su brillo en rayos X ya había disminuido a aproximadamente una décima parte de su pico.
La observación de fenómenos transitorios requirió una coordinación rápida. El equipo realizó un monitoreo diario de los sistemas binarios de rayos X con agujeros negros utilizando instrumentos de rayos X de campo amplio, y posteriormente colaboró estrechamente con el equipo de operaciones de XRISM para ajustar el cronograma con poca antelación, lo que hizo posible esta observación.
Los espectros resultantes revelaron líneas de absorción claras de hierro altamente ionizado, incluso en esta fase tenue. Cabe destacar que, en la segunda mitad de la observación, la absorción se intensificó a pesar de los escasos cambios en el brillo de rayos X.
El análisis mostró que el gas absorbente residía en el disco de acreción exterior, moviéndose a menos de ~200 km/s, mucho más lento que los vientos de ~1000 km/s observados en las fases más brillantes. A velocidades tan bajas, el gas permanece gravitacionalmente ligado al agujero negro. El aumento de la absorción durante la segunda mitad de la observación probablemente se debió a una nube de gas localizada en el borde exterior del disco, posiblemente formada donde la corriente de gas entrante de la estrella compañera colisionó con el disco.
Estas observaciones marcan la primera vez que se han resuelto características de absorción detalladas en un sistema binario de rayos X de un agujero negro con tan baja luminosidad. Gracias a las excepcionales capacidades espectrales de XRISM, los astrónomos pudieron cartografiar el movimiento y la distribución del gas caliente cerca del agujero negro en un régimen que hasta entonces había sido inalcanzable.
Los resultados muestran que incluso cuando la emisión de rayos X es débil, puede haber gas altamente ionizado, y posiblemente en movimiento, alrededor del agujero negro. Esto proporciona información valiosa sobre la entrada y salida de gas en el disco de acreción y las condiciones físicas que podrían desencadenar la formación de vientos.
Estos resultados indican que, en el estado tenue observado aquí, el gas a alta temperatura no escapa del sistema en forma de viento. Sin embargo, en estados más brillantes, se ha observado que 4U 1630–472 emite potentes y veloces chorros, lo que plantea preguntas clave:
¿Qué condiciones exactas de luminosidad y estructura del disco desencadenan la aceleración del gas en vientos rápidos?
¿Cuánta masa y energía inyectan estos vientos en su entorno?
El próximo objetivo del equipo es capturar futuras explosiones con diferentes niveles de brillo mediante XRISM, lo que les permitirá rastrear cómo cambian las propiedades del gas con el tiempo. Ahora están en alerta, listos para responder con rapidez ante la próxima erupción de un sistema binario de rayos X de un agujero negro.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
Compártelo:
Descubre más desde SKYCR.ORG: NASA, exploración espacial y noticias astronómicas
Suscríbete y recibe las últimas entradas en tu correo electrónico.
