Primera visión de la formación de un disco peculiar en un agujero negro
Observaciones de un evento explosivo de un binario de rayos X de agujero negro han indicado por primera vez la formación de un 'disco detenido magnéticamente' (MAD) en sus proximidades.
La clave de su descubrimiento fue la observación de que la emisión de radio del chorro del agujero negro y la emisión óptica de la región exterior del flujo de acreción van por detrás de los rayos X duros del gas caliente en la región interior del flujo de acreción (es decir, el flujo de acreción caliente) en aproximadamente ocho días y 17 días, respectivamente.
Estos hallazgos fueron publicados en Science por un equipo liderado por los profesores You Bei de la Universidad de Wuhan, Cao Xinwu de la Universidad de Zhejiang y Yan Zhen del Observatorio Astronómico de Shanghai (SHAO) de la Academia de Ciencias de China. Entre otros telescopipos, la investigación utilizó el Insight-HXMT, primer satélite astronómico de rayos X de China.
El proceso por el cual un agujero negro captura gas se conoce como "acreción", y el gas que cae en el agujero negro se conoce como flujo de acreción. Los procesos viscosos dentro del flujo de acreción liberan efectivamente energía potencial gravitacional, y una parte de la energía se convierte en radiación de múltiples longitudes de onda. Esta radiación puede observarse mediante telescopios terrestres y espaciales, lo que nos permite "ver" el agujero negro.
Sin embargo, existen campos magnéticos "invisibles" alrededor del agujero negro. A medida que el agujero negro acumula gas, también arrastra el campo magnético hacia el interior. Teorías anteriores sugerían que a medida que el gas en acreción introduce continuamente campos magnéticos externos débiles, el campo magnético se fortalece progresivamente hacia la región interna del flujo de acreción.
La fuerza magnética hacia afuera sobre el flujo de acreción aumenta y contrarresta la atracción gravitacional hacia adentro del agujero negro. Por lo tanto, en la región interna del flujo de acreción cerca del agujero negro, cuando el campo magnético alcanza una cierta intensidad, la materia acrecida queda atrapada por el campo magnético y no puede caer libremente en el agujero negro. Este fenómeno se conoce como disco detenido magnéticamente.
La teoría MAD fue propuesta hace muchos años y ha explicado con éxito algunos fenómenos observacionales relacionados con la acreción de agujeros negros. Sin embargo, no se disponía de evidencia observacional directa de la existencia de un MAD, y la formación de MAD y los mecanismos de transporte magnético seguían siendo un misterio.
Además de los agujeros negros supermasivos en los centros de casi todas las galaxias, también hay muchos más agujeros negros de masa estelar en el universo. Los astrónomos han detectado agujeros negros de masa estelar en muchos sistemas estelares binarios de la Vía Láctea. Estos agujeros negros generalmente tienen una masa aproximadamente diez veces mayor que la del sol.
La mayor parte del tiempo, estos agujeros negros se encuentran en un estado de reposo y emiten radiación electromagnética extremadamente débil. Sin embargo, ocasionalmente entran en un período de explosión que puede durar varios meses o incluso años, produciendo rayos X brillantes. Como resultado, estos tipos de sistemas estelares binarios a menudo se denominan binarios de rayos X de agujeros negros.
En este estudio, los investigadores realizaron un análisis de datos de múltiples longitudes de onda del estallido del agujero negro binario de rayos X MAXI J1820+070. Observaron que la emisión de rayos X duros presentaba un pico al que siguió un pico en la emisión de radio ocho días después. Un retraso tan largo entre la emisión de radio del chorro y los fuertes rayos X del flujo de acreción caliente no tiene precedentes.
Estas observaciones indican que el débil campo magnético en la región exterior del disco de acreción es transportado hacia la región interior por el gas caliente, y la extensión radial del flujo de acreción caliente se expande rápidamente a medida que disminuye la tasa de acreción. Cuanto mayor sea la extensión radial del flujo de acreción caliente, mayor será el aumento del campo magnético. Esto conduce a un rápido fortalecimiento del campo magnético cerca del agujero negro, lo que resulta en la formación de un MAD aproximadamente ocho días después del pico de emisión de rayos X duros.
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