MAXI J1820 + 070: explosión de agujero negro capturado en vídeo.


Créditos: rayos X: NASA / CXC / Universidad de París / M. Espinasse y col. ; Óptico / IR: PanSTARRS.

Los astrónomos han cogido un agujero negro lanzando material caliente al espacio a velocidades cercanas a la de la luz. Este brote fue capturado en un nuevo vídeo del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.

El agujero negro y su estrella compañera forman un sistema llamado MAXI J1820 + 070, ubicado en nuestra galaxia a unos 10.000 años luz de la Tierra. El agujero negro en MAXI J1820 + 070 tiene una masa aproximadamente ocho veces mayor que la del Sol, identificándolo como un llamado agujero negro de masa estelar, formado por la destrucción de una estrella masiva. (Esto difiere de los agujeros negros supermasivos que contienen millones o miles de millones de veces la masa del Sol).

La estrella compañera que orbita el agujero negro tiene aproximadamente la mitad de la masa del Sol. La fuerte gravedad del agujero negro aleja el material de la estrella compañera hacia un disco emisor de rayos X que rodea el agujero negro.

Si bien parte del gas caliente en el disco cruzará el “horizonte de sucesos” (el punto de no retorno) y caerá en el agujero negro, parte de él se expulsará del agujero negro en un par de haces cortos de material, o chorros. Estos chorros apuntan en direcciones opuestas, lanzados desde fuera del horizonte de sucesos a lo largo de líneas de campo magnético. El nuevo metraje del comportamiento de este agujero negro se basa en cuatro observaciones obtenidas con Chandra en noviembre de 2018 y febrero, mayo y junio de 2019, y se informa en un documento dirigido por Mathilde Espinasse de la Universidad de París.

El panel principal del gráfico es una gran imagen óptica e infrarroja de la galaxia de la Vía Láctea desde el telescopio óptico PanSTARRS en Hawai, con la ubicación de MAXI J1820 + 070 sobre el plano de la galaxia marcado por una cruz. El recuadro muestra un video que recorre las cuatro observaciones de Chandra, donde el “día 0” corresponde a la primera observación el 13 de noviembre de 2018, aproximadamente cuatro meses después del lanzamiento del chorro. MAXI J1820 + 070 es la fuente de rayos X brillante en el centro de la imagen y se pueden ver las fuentes de rayos X alejándose del agujero negro en chorros hacia el norte y el sur. MAXI J1820 + 070 es una fuente puntual de rayos X, aunque parece ser más grande que una fuente puntual porque es mucho más brillante que las fuentes de chorro. El chorro del sur es demasiado débil para ser detectado en las observaciones de mayo y junio de 2019.

¿A qué velocidad se alejan los chorros de material del agujero negro? Desde la perspectiva de la Tierra, parece que el chorro del norte se mueve al 60% de la velocidad de la luz, mientras que el sur viaja a un 160% de velocidad de la luz, lo que suena imposible.

Este es un ejemplo de movimiento superluminal, un fenómeno que ocurre cuando algo viaja hacia nosotros cerca de la velocidad de la luz, en una dirección cercana a nuestra línea de visión. Esto significa que el objeto viaja casi tan rápido hacia nosotros como la luz que genera, dando la ilusión de que el movimiento del chorro es más rápido que la velocidad de la luz. En el caso de MAXI J1820 + 070, el chorro del sur apunta hacia nosotros y el chorro del norte apunta lejos de nosotros, por lo que el chorro del sur parece moverse más rápido que el del norte. La velocidad real de las partículas en ambos chorros es superior al 80% de la velocidad de la luz.


Créditos: NASA/CXC/M.Weiss.

Solo se han visto otros dos ejemplos de tales expulsiones a alta velocidad en rayos X de agujeros negros de masa estelar.

MAXI J1820 + 070 también ha sido observado en las longitudes de onda de radio por un equipo dirigido por Joe Bright de la Universidad de Oxford, quien previamente informó la detección de movimiento superluminal de fuentes compactas basadas solo en datos de radio que se extendieron desde el lanzamiento de los chorros el 7 de julio de 2018 a finales de 2018.

Debido a que las observaciones de Chandra duplicaron aproximadamente la cantidad de tiempo que se siguieron los chorros, un análisis combinado de los datos de radio y los nuevos datos de Chandra por Espinasse y su equipo dieron más información sobre los chorros. Esto incluyó pruebas de que los chorros se están desacelerando a medida que se alejan del agujero negro.

La mayor parte de la energía en los chorros no se convierte en radiación, sino que se libera cuando las partículas en los chorros interactúan con el material circundante. Estas interacciones pueden ser la causa de la desaceleración de los chorros. Cuando los chorros chocan con el material circundante en el espacio interestelar, se producen ondas de choque, similares a las explosiones sónicas causadas por los aviones supersónicos. Este proceso genera energías de partículas que son más altas que las del Large Hadron Collider.

Los investigadores estiman que alrededor de 181 millones de millones de kilos de material fueron expulsados ​​del agujero negro en estos dos chorros lanzados en julio de 2018. Esta cantidad de masa es comparable a lo que podría acumularse en el disco alrededor del agujero negro en el tiempo de unas pocas horas, y es equivalente a aproximadamente mil cometas Halley o aproximadamente 500 millones de veces la masa del Empire State Building.

Los estudios de MAXI J1820 + 070 y sistemas similares prometen enseñarnos más sobre los chorros producidos por los agujeros negros de masa estelar y cómo liberan su energía una vez que sus chorros interactúan con su entorno.

Las observaciones de radio realizadas por Karl G. Jansky con Very Large Array y la matriz MeerKAT también se utilizaron para estudiar los jets MAXI J1820 + 070.

Un artículo que describe estos resultados se publica en la última edición de The Astrophysical Journal Letters y está disponible en línea. Los autores del artículo son Mathilde Espinasse y Stéphane Corbel (Universidad de París, París, Francia), Philip Kaaret (Universidad de Iowa, Iowa City, Iowa), Evangelia Tremou (Universidad de París, París, Francia), Giulia Migliori (Instituto de Radio Astronomía de Bolonia, Bolonia, Italia), Richard M. Plotkin (Universidad de Nevada, Reno, Nevada), Joe Bright (Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido), John Tomsick (Universidad de California, Berkeley, California), Anastasios Tzioumis (Centro Nacional del Telescopio de Australia, CSIRO, Epping, Australia), Rob Fender (Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido), Jerome A. Orosz (Universidad Estatal de San Diego, San Diego, California), Elena Gallo (Universidad de Michigan, Ann Arbor, Michigan), Jeroen Homan (Eureka Scientific, Oakland, California), Peter G. Jonker (Universidad de Radboud, Nijmegen, Países Bajos), James CA Miller-Jones (Universidad de Curtin, Perth, Australia), David M. Russell (Nuevo York University Abu Dhabi, Abu Dhabi, EAU) y Sara Motta (Universidad de O xford, Oxford, Reino Unido).

El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde Cambridge y Burlington, Massachusetts.