Averiguan qué forma tiene la corona de los agujeros negros

Una investigación reciente, realizada a partir de observaciones hechas por el satélite astronómico IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA, revela cuál es la verdadera forma de una estructura importante de los agujeros negros llamada corona.

La corona es una región de plasma cambiante que forma parte del flujo de materia hacia un agujero negro. De la corona solo se ha venido poseyendo un conocimiento teórico. El nuevo estudio revela por primera vez la forma de la corona y puede ayudar a los científicos a comprender su papel en la absorción de materia por los agujeros negros.

Muchos agujeros negros, llamados así porque ni siquiera la luz puede escapar a su colosal gravedad, están rodeados por un disco de acreción, que es, a grandes rasgos, un violento remolino de gas repleto de escombros. Algunos agujeros negros también tienen chorros relativistas, integrados por materia expulsada al espacio a velocidades altísimas por agujeros negros que devoran profusamente la materia de su entorno. La velocidad de la materia en esos chorros puede ser tan cercana a la de la luz como para que aparezcan efectos relativistas.

Es menos conocido que los agujeros negros con gran actividad tragando materia, poseen una corona, que al igual que la corona del Sol y las de otras estrellas, es una región extendida de muy alta temperatura. Sin embargo, mientras que la corona del Sol, que es la atmósfera más externa de la estrella, alcanza un millón de grados centígrados aproximadamente, la temperatura de la corona de un agujero negro se estima en miles de millones de grados.

Ya se había logrado identificar coronas en agujeros negros de masa estelar (los formados por el colapso de una estrella) y en agujeros negros supermasivos, como el que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. No obstante, su forma no estaba clara. Se ha venido especulando durante mucho tiempo sobre la composición y la geometría de la corona. ¿Es una esfera por encima y por debajo del agujero negro, o una atmósfera generada por el disco de acreción, o tal vez plasma situado en la base de los chorros?

El satélite astronómico IXPE está especializado en la polarización de los rayos X, un rasgo de la luz que ayuda a cartografiar la forma y la estructura de las fuentes emisoras más potentes, revelando detalles sobre su funcionamiento interno incluso cuando los objetos son demasiado pequeños, brillantes o distantes para verlos directamente.

Al igual que podemos observar la corona del Sol durante un eclipse solar total, IXPE proporciona los medios para estudiar con claridad el vecindario inmediato de un agujero negro, incluida la corona.

Tras analizar a fondo observaciones realizadas por el IXPE, el equipo de Lynnie Saade y Philip Kaaret, ambos del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, Estados Unidos, ha descubierto que en todos los agujeros negros cuyas propiedades coronales han podido medirse directamente mediante polarización, la corona se extiende en la misma dirección que el disco de acreción, lo que proporciona, por primera vez, pistas sobre la forma de la corona y pruebas claras de su relación con el disco de acreción. Los resultados descartan algunas posibles formas que habían sido consideradas plausibles.

El equipo de investigación estudió los datos de las observaciones realizadas por IXPE de 12 agujeros negros, entre ellos Cygnus X-1 y Cygnus X-3, con masa estelar y situados a unos 7.000 y a unos 37.000 años-luz de la Tierra, respectivamente, y LMC X-1 y LMC X-3, agujeros negros de masa estelar situados en la Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia, a más de 165.000 años-luz de distancia. IXPE también observó varios agujeros negros supermasivos, entre ellos el situado en el centro de la galaxia de Circinus, a 13 millones de años-luz de la Tierra, y los de las galaxias NGC 1068 y NGC 4151, a 47 millones de años-luz y casi 62 millones de años-luz, respectivamente.

Los agujeros negros de masa estelar suelen tener una masa entre 10 y 30 veces superior a la del Sol, mientras que los agujeros negros supermasivos pueden tener una masa entre un millón y decenas de miles de millones de veces mayor que la del Sol. A pesar de estas enormes diferencias de escala, los datos del IXPE sugieren que ambos tipos de agujeros negros cuentan con estructuras asociadas de geometría similar, lo que resulta sorprendente porque la forma en que se alimentan los primeros es completamente diferente de la forma en que lo hacen los segundos. Típicamente, los agujeros negros de masa estelar arrancan masa de sus estrellas compañeras, mientras que los agujeros negros supermasivos devoran todo lo que les rodea.

NCYT