Chandra Evidencia el Perfil de un Disco de Acreción Circundando un Agujero Negro

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Chandra Evidencia el Perfíl de un disco de Acreción Circundando un Agujero Negro


Utilizando cuatro observatorios espaciales de la NASA, los astrónomos han mostrado que un activo agujero negro posee un disco de acreción que se extiende mucho más lejos de lo que predecían algunas teorías. Esto proporciona un mejor entendimiento de cómo la energía es liberada cuando la materia colapsa en trayectoria espiral sobre un agujero negro.
El 18 de abril de 2000 el telescopio Hubble y el observatorio Extreme Ultraviolet Explorer, observaron la radiación ultravioleta proveniente del objeto conocido como XTE J1118+480, un agujero negro que, a groso modo, contiene unas siete masas solares. Este agujero negro forma parte de un sistema binario orbitando muy próximo a una estrella tipo solar.
Simultáneamente el observatorio de rayos X Rossi X-ray Timing Explorer observó emisiones de rayos X de alta energía emitidos por materia colapsando sobre el cuerpo del agujero negro, al mismo tiempo que el observatorio Chandra se focalizó en la banda de energía crítica entre el ultravioleta y estos rayos, proporcionando este último el vínculo que finalmente une todos los datos recopilados.
“Mediante la combinación conjunta de todas las observaciones hechas sobre el objeto a diferentes longitudes de onda, hemos encontrado la primer evidencia clara de que el disco de acreción puede terminar mucho más lejos de lo esperado”; dijo Jeffrey McClintock, científico perteneciente al Centro Smithsoniano de Harvard quien lideró las observaciones de Chandra.
“Los datos obtenidos por le observatorio Chandra indican que este disco de acreción no se acerca al horizonte de los eventos más que unos 1000 km, una distancia bastante mayor de los 40 km que algunos hubiesen esperado”.
Los científicos teorizan que el disco de acreción se encuentra truncado en aquel lugar debido a que el material erupciona en forma de burbuja caliente de gas antes de tomar la recta final para zambullirse en el agujero negro.
La materia que fluye desde la estrella compañera a causa de la succión gravitacional del agujero negro, puede formar una estructura plana similar a un pancake llamado “disco de acreción”. A medida que la materia se desplaza en espiral hacia el interior de este disco, es calentada por la inmensa gravedad del agujero negro, por lo que comienza a irradiar en la banda de rayos X. Mediante el examen de estas emisiones, los investigadores pueden evaluar cuan lejos del objeto se extiende el radio interior del disco.
La mayoría de los astrónomos están de acuerdo en que cuando la materia es transferida hacia el interior de un agujero negro en grandes proporciones, el disco de acreción alcanzará una magnitud aproximadamente 40 kilómetros más afuera del “horizonte de los eventos” (la superficie del “no retorno” tanto para la materia como para la luz que está cayendo en él).
Aún así, los científicos no concuerdan en cuán cerca llega a manifestarse el disco de acreción cuando la relación de transferencia de materia es significativamente menor.
“El punto de quiebre se encuentra ubicado en la capacidad de detección de Chandra (rayos X), evidencia que podría esperarse si el disco de acreción llega a los niveles descriptos de unos 40 km del horizonte de los eventos”. Dijo Ann Esin, astrofísica teórica de Caltech, quien lideró un grupo dedicado a explorar las implicancias de las observaciones realizadas.
“Esto presenta un problema fundamental para aquellos modelos en los cuales el disco se extiende hasta regiones muy cercanas al horizonte de los eventos”.
En Marzo de 2000, XTE J1118+480 experimentó una repentina erupción que condujeron al descubrimiento de este objeto mediante RXTE. La fuente de rayos X estaba en una dirección donde la absorción a través del gas y el polvo era mínima, permitiendo que tanto los rayos X de baja energía como las radiaciones ultravioletas puedan ser observados.
En el mes siguiente, un equipo internacional organizó observaciones del objeto XTE J1118+480 en otras longitudes de onda.
Chandra observó este mismo objeto durante 27.000 segundos con su instrumento LETG (Low-Energy Transmission Grating). Y el espectrómetro CCD (ACIS). El equipo de investigación también incluyó en este trabajo científicos provenientes de Estados Unidos (CfA, MIT, University of Notre Dame, Lawrence Livermore National Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center) y del Reino Unido (The Open University, University of Southampton, Mullard Radio Astronomy Observatory).
El instrumento LETG fue construido por el SRON y el instituto Max Planck, mientras que ACIS fue logrado por el instituto de tecnología de Massachusetts, y la Universidad del Estado de Penn. El Centro Espacial Marshall de la NASA, se encarga del programa Chandra.
TRW, Inc., Redondo Beach, California, es la empresa encargada del vehículo espacial figurando como el principal contratista. El centro Smithsoniano del telescopio Chandra controla las operaciones científicas y de navegación desde Cambridge, Massachusetts.
Esta imagen capturada por el Observatorio Chandra de Rayos X es el espectro de un agujero negro, que aparece similar al espectro de color real que produce la luz solar en un prisma.
Las longitudes de rayos X de interés, se muestran aquí configurando un patrón de bandas brillantes que se extienden hacia la izquierda y la derecha del centro de la imagen. Estas longitudes de onda son clasificadas de manera muy precisa de acuerdo a su energía con los niveles mayores cercanos al centro de la imagen y con los niveles energéticos menores lejanos a él. El espectro se obtuvo mediante el instrumento LETG, el que intercepta las longitudes de onda de rayos X y cambia su dirección en función de las cantidades de energía que porta la onda.
El LETG se activa mediante la conmutación de una montura hacia atarás de los espejos y frente al instrumento detector. Esta montura sostiene 540 grillas de transmisión hechas de oro, las que cuando están ubicadas detrás de los espejos interceptan los rayos X reflejados por el telescopio.
La mancha brillante en el centro es ocasionada por una fracción de la radiación que no es deflectada por el instrumento. Los rayos que interceptan la mancha central y la diagonal tenue que flanquea el espectro propiamente dicho son reflejos parásitos ocasionados por la estructura que sostiene la grilla sensora.
Un equipo de científicos conducido por Jeffrey McClintock de Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics utilizó el instrumento LETG in conjunción con el espectrómetro CCD ACIS para observar el sistema binario del agujero negro conocido como XTE J1118+480 por 27.000 segundos el 18 de Abril de 2000. Esta denominada “nova de rayos X”, presenta erupciones ocasionales seguidas de largos períodos de inactividad, y contiene una estrella del tipo solar orbitando al agujero negro.

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