Cygnus X-1, descubierto en 1964, fue el primer objeto cósmico identificado que contenía un agujero negro. Ahora, los telescopios de la NASA se han unido para revelar nuevos detalles sobre la configuración de la materia caliente que rodea este famoso agujero negro.
En un nuevo estudio publicado en la revista Science, los astrónomos que utilizan los datos de la misión Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA, encontraron que el borde del disco está apuntando hacia la Tierra más de lo esperado.
El IXPE, una colaboración internacional entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana (ASI), tiene la especial capacidad de observar la polarización de la luz de rayos X. La polarización es una propiedad de la luz que informa sobre los campos eléctricos y magnéticos interconectados que componen todas las longitudes de onda de la luz. La orientación y organización de estos campos brinda a los científicos información valiosa de cómo se aceleran las partículas a su alrededor sobre objetos extremos como por ejemplo en caso de Cygnus X-1, .
Una de las fuentes de rayos X más brillantes de nuestra galaxia, Cygnus X-1, tiene un agujero negro que posee 21 veces la masa del Sol. El agujero negro está en órbita con una estrella compañera de masa equivalente a 41 soles.
La materia se calienta a millones de grados a medida que es atraída hacia el agujero negro. Esta materia caliente brilla en rayos X. Los investigadores están utilizando mediciones de la polarización de estos rayos X para probar y refinar modelos que describen cómo los agujeros negros tragan materia, convirtiéndose en algunas de las fuentes de luz más luminosas del universo.
“Las observaciones anteriores de rayos X de los agujeros negros solo midieron la dirección de llegada, el tiempo de llegada y la energía de los rayos X del plasma caliente que se desplaza en espiral hacia los agujeros negros”, dijo el autor principal Henric Krawczynski, profesor de física en la Universidad de Washington en St. Louis y miembro de la facultad en el Centro McDonnell para las Ciencias Espaciales de la universidad. “El IXPE también mide su polarización lineal, que aporta información sobre cómo se emitieron los rayos X, y si dispersan material cerca del agujero negro y dónde”.
Los científicos sostienen que un mayor conocimiento de la geometría del plasma alrededor de un agujero negro puede revelar mucho sobre el funcionamiento interno de los agujeros negros y cómo acumulan masa.
“Estos nuevos conocimientos permitirán mejores estudios de rayos X de cómo la gravedad curva el espacio y el tiempo cerca de los agujeros negros”, dijo Krawczynski.
El horizonte de sucesos de un agujero negro es el límite más allá del cual no puede escapar ninguna luz, ni siquiera la luz de los rayos X. Los rayos X detectados con IXPE son emitidos por la materia caliente, o plasma, en una región de 2.000 kilómetros de diámetro que rodea el horizonte de sucesos del agujero negro de 60 kilómetros de diámetro.
IXPE observó a Cygnus X-1 del 15 al 21 de mayo de 2022. La combinación de los datos de IXPE con observaciones simultáneas de los observatorios Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) y Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) de la NASA en mayo y junio de 2022 permitió a los autores restringir la geometría, es decir, la forma y la ubicación, del plasma.
Los investigadores encontraron que el plasma se extiende perpendicularmente a un flujo de salida de plasma en forma de chorro, fotografiado en observaciones de radio anteriores. La alineación de la dirección de la polarización de rayos X y el chorro, brinda un fuerte apoyo a la hipótesis de que los procesos en la región brillante cerca del agujero negro juegan un papel crucial en el lanzamiento del chorro.
Las observaciones coinciden con los modelos que predicen que el anillo de plasma caliente, llamado “corona”, intercala el disco de materia en espiral hacia el agujero negro o reemplaza la parte interna de ese disco. Los nuevos datos de polarización descartan modelos en los que la corona del agujero negro es una columna o cono de plasma estrecho a lo largo del eje del chorro.
“La misión IXPE utiliza espejos de rayos X fabricados en el Marshall Space Flight Center de la NASA e instrumentación de plano focal proporcionada por una colaboración de ASI, el Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) y el Instituto Nacional de Física Nuclear”, dijo el coautor Fabio Muleri del INAF-IAPS. “Más allá de Cygnus X-1, el IXPE se está utilizando para estudiar una amplia gama de fuentes extremas de rayos X, incluidas estrellas de neutrones de acreción masiva, púlsares, remanentes de supernovas, nuestro centro galáctico y núcleos galácticos activos. Hemos encontrado muchas sorpresas y nos estamos divirtiendo mucho”.
Edición: R. Castro.