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Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto las condiciones clave necesarias para que un agujero negro de masa estelar genere chorros de plasma.
Sus hallazgos, publicados en Publications of the Astronomical Society of Japan, muestran que cuando el material gaseoso sobrecalentado experimenta una rápida contracción hacia el agujero negro, se produce la formación de chorros.
Comprender la eyección de chorros en los agujeros negros es crucial, ya que arroja luz sobre la evolución de las galaxias, la distribución de la energía en el universo y las propiedades de los propios agujeros negros. Los chorros influyen en la formación estelar, distribuyen la energía a grandes distancias y sirven como guías cósmicas para localizar agujeros negros distantes. Además, proporcionan información sobre la física fundamental de los agujeros negros.
Materiales como el polvo y el gas son atraídos hacia los agujeros negros debido a su fuerte gravedad. Este material gira alrededor del agujero negro en un disco delgado, llamado disco de acreción, necesario para la formación de un chorro.
Los científicos, liderados por el profesor Kazutaka Yamaoka, de la Universidad de Nagoya, estudiaron un sistema de agujeros negros compuesto por un agujero negro de masa estelar y una estrella similar al Sol que orbitan entre sí. En este sistema, se producen de 5 a 6 chorros en un período de aproximadamente 20 días, lo que lo hace ideal para estudiar este fenómeno. Mediante el análisis de datos de observación de rayos X y radio de 1999 a 2000, pudieron rastrear la velocidad con la que las emisiones de rayos X cerca del agujero negro cambiaban con el tiempo y medir la cantidad total de energía producida por los chorros.
CAUSAS DE LA FORMACIÓN DE CHORROS
Los resultados mostraron que los chorros se producen cuando el radio interior del disco de acreción disminuye repentinamente y alcanza la órbita circular estable más interna (ISCO), la más cercana a la que la materia puede orbitar sin caer en ella.
Los investigadores observaron que inicialmente el radio interior del disco de gas se encontraba más alejado del agujero negro. Cuando el radio interior del disco se contrae rápidamente y alcanza la ISCO, el chorro entra en erupción. El chorro continúa en erupción durante un tiempo; sin embargo, cuando el movimiento de contracción del borde interior del disco se detiene, el chorro cesa.
A partir de esto, identificaron dos condiciones clave necesarias para que un agujero negro estelar genere chorros: el borde interior del disco de gas que rodea al agujero negro debe acercarse rápidamente al agujero negro y este movimiento debe alcanzar la ISCO.
Los científicos ya sabían que, cuando un chorro de un agujero negro entra en erupción, los rayos X se vuelven más suaves (más rayos X de baja energía en comparación con los de alta energía) y presentan menos fluctuaciones rápidas en un corto período de tiempo. Este estudio descubrió que estos cambios en los rayos X se producen porque el borde interior del disco de gas se acerca rápidamente al agujero negro, lo cual es el verdadero desencadenante de la formación del chorro. A medida que este borde interior se contrae, produce más rayos X suaves con menor variabilidad en comparación con los rayos X duros, altamente variables. Esto explica por qué los patrones de rayos X cambian justo antes de que se formen los chorros.
Este estudio revela que los chorros se forman en condiciones cambiantes y dinámicas, en lugar de estables y estáticas, como muchos modelos teóricos han supuesto. Ahora, los científicos pueden predecir mejor la formación de chorros de plasma y estudiar sus mecanismos en tiempo real.
“Nuestro descubrimiento sobre la formación de chorros en agujeros negros de masa estelar podría proporcionar una clave universal para comprender estos fenómenos. Si bien estos sistemas binarios -donde un agujero negro orbita una estrella normal- difieren significativamente de los agujeros negros supermasivos ubicados en el centro de una galaxia, creemos que mecanismos físicos similares operan en todas las escalas de agujeros negros“, explicó el profesor Yamaoka.