La investigación aparece publicada en el último número de la revista ‘Science‘.
Swift
J1357.2-0933 presenta un agujero negro oscurecido por un disco de gas
con una estructura vertical (similar a la de un “donut”) que va
creciendo conforme pasan los días.
Se
trata de la primera vez que se observa un agujero negro con esta
inclinación y la primera vez que se detectan eclipses de brillo en este
tipo de sistemas.
Agujero negro Crédito: Gabriel Pérez (SMM/IAC)
La
estructura descrita por el estudio podría estar presente en muchos otros
sistemas, convirtiendo a Swift J1357.2-0933 en el prototipo de una
población hasta ahora oculta de sistemas con muy alta inclinación.
Como
si se tratara de un enorme “donut” (o toroide) que va creciendo conforme
pasan los días. Así describe el investigador del Instituto de
Astrofísica de Canarias (IAC) Jesús Corral la peculiar estructura,
desconocida hasta la fecha, del sistema binario Swift J1357.2-0933,
compuesto por una estrella ‘normal’ y un agujero negro de masa estelar
(que se alimenta de la estrella compañera). La investigación, de la que
Corral es primer autor y que aparece publicada en el último número de Science, ha seguido los pasos de la fase de erupción del sistema, un hecho que solo ocurre una vez cada decenas o cientos de años.
El
equipo observó unos extraños eclipses en el sistema que duraban y se
repetían cada pocos minutos. Este hallazgo les llevó a dos conclusiones:
el agujero negro debía estar casi de canto (tiene una inclinación de al
menos 75 grados) y presenta una peculiar estructura vertical situada en
el disco de acreción del sistema, es decir, el conjunto de la materia
que el agujero va robando de la estrella y que forma una corriente en
forma de disco, similar a la que genera el agua al destapar un
fregadero.
Como
explica el también investigador del IAC Jorge Casares, coautor del
artículo y director de la investigación, “es posible que este tipo de
estructuras estén presente en todas o muchas binarias de rayos X,
conjunto de sistemas al que pertenece Swift J1357.2-0933. De esta
manera, el objeto que hemos observado podría ser el prototipo de una
población hasta ahora oculta de sistemas con muy alta inclinación en los
que el agujero negro se encuentra oscurecido”. Aplicando reglas
estadísticas, podrían ser un porcentaje de hasta el 20% de los sistemas
de este tipo.
El
astrofísico relata que, los agujeros negros se forman a partir de la
muerte de estrellas muy masivas y, de entrada, resulta complicado
encontrarlos: “al no emitir luz, es casi imposible detectarlos si se
hallan solos. En caso de que formen sistema con una estrella, la
probabilidad de observación es más alta, dado que lo que se ve es el
proceso de ‘canibalización’ de la estrella por parte del agujero”,
explica. De esta manera se entiende que, desde que se detectó el primero
en 1964, sólo se hayan confirmado otros 18 agujeros negros en nuestra
galaxia. Swift J1357.2-0933, descubierto por el satélite de rayos X
Swift en 2011 y estudiado por el equipo del IAC, es el último en la
lista. Hay aproximadamente otros 32 más considerados como candidatos a
agujero negro, pero todavía no se han confirmado.
Muchas
binarias de rayos X se caracterizan por permanecer en quietud durante
decenas o cientos de años y, en este estado, es fácil confundirlos con
estrellas corrientes. Sin previo aviso y en cualquier punto de la
galaxia, estos sistemas erupcionan, provocando que el brillo que emiten
aumente de forma considerable –casi 1 millón de veces- , lo que permite
su detección por los satélites que hacen rastreo de emisiones de rayos
X. Al cabo de unos meses, vuelven a su letargo.
Es
entonces, agrega Corral, cuando la comunidad científica puede analizar
su estructura: una estrella ‘normal’ y un objeto compacto, que puede ser
un agujero negro (como en este caso) o una estrella de neutrones. La
estrella transfiere materia a su compañero formando el mencionado disco
de acreción.
En el
caso de Swift J1357.2-0933, prosigue el investigador del IAC, se han
podido recabar más datos debido a su relativa cercanía, estimada en unos
5000 años luz, y a que se halla lejos del plano de la Vía Láctea, donde
se concentra la mayor parte de la materia, con lo que su luz no se ve
contaminada por polvo interestelar o la luz de objetos próximos.
Los
científicos detectaron que el sistema tiene un periodo muy corto, de
apenas 2,8 horas. En ese tiempo, la estrella completa una órbita en
torno al agujero negro. Otra de las cuestiones que aclararon fue la masa
del agujero, al menos 3 veces la del sol. “Se trata del límite inferior
que hemos estimado. En realidad, la masa puede ser muy superior. Nuevas
observaciones durante el periodo de quietud permitirán precisar este
valor”, puntualiza Corral.
Sin
embargo, el hallazgo más insólito del sistema fueron sus eclipses. A
partir de imágenes captadas con diferentes telescopios de los
observatorios del Teide y del Roque de los Muchachos (IAC-80, Liverpool,
Mercator e INT), observaron que se producían eclipses que reducían el
brillo del sistema hasta un 30% en solo siete segundos y que se van
repitiendo en intervalos mayores al cabo de los días. “Es la primera vez
que se observa un fenómeno de estas características. Ninguna de las 50
binarias de rayos X transitorias conocidas (18 con agujeros negros
confirmados y 32 candidatos) presenta eclipses producidos por la
estrella”, señala el astrofísico del IAC.
¿A
qué se deben? Los investigadores tenían claro que no los producía la
estrella del sistema, ya que tarda 2,8 horas en girar en torno al mismo,
y los eclipses, que se producen cada pocos minutos, son extremadamente
cortos. Corral aporta más datos: “El periodo en el que se repiten los
eclipses es cada vez mayor con el paso de los días. Este hecho sugiere
que están producidos por una estructura vertical que inicialmente está
muy cerca del agujero negro y que poco a poco se va alejando como una
onda desde las partes internas del disco de acreción hacia fuera.
Este
descubrimiento lleva aparejado un segundo: “El simple hecho de detectar
los eclipses ya indica que el sistema se encuentra a una inclinación muy
alta, mayor incluso de 75 grados. En definitiva, lo vemos casi de
canto”, precisa el científico. Y así describe la estructura: “es
probablemente como un “donut”: en el centro se localiza el agujero negro
que está permanentemente oculto”
Fuente: Ciencia Kanija - IAC
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