Un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha observado por primera vez la emisión constante en el rango infrarrojo de vientos producidos durante la erupción de un agujero negro en una binaria de rayos X. Hasta la fecha, solamente se habían detectado estos flujos de materia en otros rangos espectrales, como los rayos X y el visible, dependiendo del momento en el que el agujero negro consume la masa que le rodea.
El estudio muestra la primera evidencia de que los vientos están presentes a lo largo de toda la evolución de la erupción, independientemente de la fase en la que se encuentra, lo que representa un paso más para comprender el funcionamiento de estos enigmáticos procesos de acreción en agujeros negros de masa estelar. El artículo se acaba de publicar en Astronomy and Astrophysics Letters.
Las binarias de rayos X son un tipo de sistema binario que emite una intensa radiación en rayos X. Están formadas por un objeto compacto, habitualmente un agujero negro, y por una estrella compañera. Las binarias de rayos X poco masivas (LMXB por sus siglas en inglés) tienen una estrella compañera con una masa igual o menor a la masa de nuestro Sol. En estos sistemas ambas componentes orbitan tan cerca una de otra que parte de la masa de la estrella cae en el pozo gravitatorio del agujero negro, formando un disco plano de materia a su alrededor. A este proceso se le denomina acreción y al disco resultante, disco de acreción.
Algunas binarias de rayos X llamadas transitorias alternan durante su existencia estados de quietud, en el que la cantidad de masa que acreta el agujero negro es baja y su brillo es demasiado débil como para poder observarlo desde la Tierra, con estados eruptivos en los que el agujero negro aumenta su tasa de acreción y el material del disco se calienta alcanzando temperaturas de entre uno y diez millones de grados Kelvin. Durante estas erupciones, que pueden durar desde semanas hasta varios meses, el sistema emite una gran cantidad de radiación en rayos X y aumenta su brillo en varias magnitudes.
Aún no se conocen con precisión los procesos físicos que ocurren en estos episodios de acreción. “Estos sistemas son lugares donde la materia está sometida a uno de los campos gravitatorios más extremos del universo, por lo que las binarias de rayos X son laboratorios de física únicos que nos ofrece la naturaleza para el estudio de objetos compactos y el comportamiento de la materia a su alrededor”, explica Javier Sánchez Sierras, investigador predoctoral del IAC y primer autor del artículo.
Uno de los procesos físicos más importantes que los científicos necesitan entender es la eyección de material o vientos durante los episodios de acreción. Según Teo Muñoz Darias, investigador del IAC y coautor del trabajo, “el estudio de los vientos en estos sistemas resulta clave para poder entender el funcionamiento de los procesos de acreción, ya que dichos vientos pueden llegar a arrastrar incluso más cantidad de material que el que es acretado por el agujero negro”.
Mismo viento, diferentes estados
El artículo presenta el descubrimiento de vientos del agujero negro MAXI J1820+070 en el rango infrarrojo, durante la erupción que tuvo lugar en el periodo 2018-2019. En las dos últimas décadas se han descubierto y observado vientos en rayos X durante un estado de la erupción denominado soft, en el que domina la radiación emitida por el disco de acreción y presenta una alta luminosidad. Más recientemente, este mismo grupo del IAC ha descubierto, en el rango visible, vientos en el estado de acreción hard, que se caracteriza por la aparición de un jet que surge en direcciones aproximadamente perpendiculares al disco de acreción y que emite una fuerte componente en ondas de radio.
“En el actual trabajo –subraya Sánchez Sierras–, se ha presentado el descubrimiento de vientos infrarrojos que están presentes durante ambos estados de acreción, hard y soft, a lo largo de toda la evolución de la erupción, por lo que su presencia es independiente del estado de acreción, siendo la primera vez que se observa un viento de tales características”. Los investigadores también han podido averiguar que las propiedades cinemáticas del viento son muy similares a las observadas en 2019 en el rango visible, alcanzando velocidades de hasta 1.800 km/s.
“Estos datos sugieren que se trata del mismo viento en ambos casos, pero varía su visibilidad a otro rango espectral a medida que evoluciona la erupción, lo que indicaría que el sistema pierde tanto masa como momento angular por medio de vientos durante todo el proceso eruptivo”, señala Muñoz Darias.
Estos resultados tienen una gran relevancia para los científicos ya que agregan un nuevo elemento a la fotografía general de los vientos en estos sistemas y representan un paso más hacia la meta de completar nuestro entendimiento de los procesos de acreción en agujeros negros de masa estelar.
