El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Observatorio Swift de Neil Gehrels, han capturado un espectacular conjunto de anillos alrededor de un agujero negro.

Las imágenes de rayos X de los anillos han revelado una nueva información sobre el polvo ubicado en nuestra galaxia, utilizando un principio similar a los de los rayos X realizados en consultorios médicos y aeropuertos.

El agujero negro es parte de un sistema binario llamado V404 Cygni, ubicado a unos 7.800 años luz de distancia de la Tierra. El agujero negro está alejando material de una estrella compañera (de aproximadamente la mitad de la masa del Sol) formando un disco a su alrededor. El material brilla en rayos X, por lo que los astrónomos se refieren a estos sistemas como “binarios de rayos X”.

El 5 de junio de 2015, Swift descubrió una ráfaga de rayos X de V404 Cygni. La explosión, a partir de un fenómeno conocido como ecos de luz, creó los anillos de alta energía. Los ecos de luz alrededor de V404 Cygni se produjeron cuando una ráfaga de rayos X del sistema de agujeros negros rebotó en las nubes de polvo entre V404 Cygni y la Tierra. El polvo cósmico no es como el polvo doméstico, sino más bien como el humo y está formado por pequeñas partículas sólidas.

En una nueva imagen compuesta, se han combinado los rayos X de Chandra (azul claro) con datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawái, que aportan las estrellas. La imagen contiene ocho anillos concéntricos separados. Cada anillo es creado por rayos X de las llamaradas V404 Cygni observadas en 2015, que se reflejan en diferentes nubes de polvo.

Esta ilustración explica cómo se produjeron los anillos que observaron Chandra y Swift.
Créditos: Universidad de Wisconsin-Madison/S.Heinz.

El equipo analizó 50 observaciones de Swift realizadas en 2015 entre el 30 de junio y el 25 de agosto. Chandra observó el sistema el 11 y el 25 de julio. Fue un evento tan brillante que los operadores de Chandra colocaron a propósito el V404 Cygni entre los detectores para que otra ráfaga brillante no dañara el instrumento.

Los anillos ofrecen datos a los astrónomos no solo sobre el comportamiento del agujero negro, sino también sobre el paisaje entre V404 Cygni y la Tierra. Por ejemplo, el diámetro de los anillos en rayos X revela las distancias a las nubes de polvo intermedias en las que la luz rebotó. Si la nube está más cerca de la Tierra, el anillo parece ser más grande y viceversa. Los ecos de luz aparecen como anillos estrechos en lugar de anillos o halos anchos porque el estallido de rayos X duró solo un período de tiempo relativamente corto.

Los investigadores también utilizaron los anillos para probar las propiedades de las nubes de polvo. Los autores compararon los espectros de rayos X, es decir, el brillo de los rayos X en un rango de longitudes de onda, con modelos informáticos de polvo con diferentes composiciones. Diferentes composiciones de polvo darán como resultado diferentes cantidades de rayos X de menor energía que se absorberán y evitarán que se detecten con Chandra. Este es un principio similar a cómo diferentes partes de nuestro cuerpo absorben diferentes cantidades de rayos X, dando información sobre su estructura y composición

El equipo determinó que lo más probable es que el polvo contenga mezclas de grafito y granos de silicato. Además, al analizar los anillos internos con Chandra, encontraron que las densidades de los cambios de las nubes de polvo no son uniformes en todas las direcciones.

Este resultado está relacionado con un hallazgo similar del binario de rayos X Circinus X-1 (que contiene una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro) publicado en un artículo en la edición del 20 de junio de 2015 de The Astrophysical Journal, titulado “Lord of the Rings: A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo“. Este estudio también fue dirigido por Sebastian Heinz.

Los resultados de V404 Cygni fueron dirigidos por el mismo astrónomo, Sebastian Heinz de la Universidad de Wisconsin en Madison. Este artículo fue publicado en la edición del 1 de julio de 2016 de The Astrophysical Journal. Los coautores del estudio son Lia Corrales (Universidad de Michigan); Randall Smith (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian); Niel Brandt (Universidad Estatal de Pensilvania); Peter Jonker (Instituto de Investigaciones Espaciales de los Países Bajos); Richard Plotkin (Universidad de Nevada, Reno) y Joey Neilson (Universidad de Villanova).

El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El The Smithsonian Astrophysical Observatory’s Chandra X-ray Center gestiona la ciencia desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.