Los Astrónomos Descubren Vientos Infrarrojos Continuos Durante La Erupción De Un Agujero Negro De Masa Estelar

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Impresión artística de la emisión constante de vientos producidos durante la erupción de un agujero negro en una binaria de rayos X. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

Hasta ahora, estos flujos de material solo se habían detectado en otros rangos de longitud de onda, como los rayos X o el visible, dependiendo de la fase en la que el calabozo está consumiendo su material circundante. Este estudio proporciona la primera evidencia de que los vientos están presentes a lo largo de la evolución de la erupción, independientemente de la fase, y este es un paso adelante en nuestra comprensión de los misteriosos procesos de acreción en los agujeros negros de masa estelar. El artículo acaba de ser publicado en Astronomy and Astrophysics Letters , y fue elegido como “artículo destacado” por la propia revista.

Las binarias de rayos X, como su nombre lo indica, son estrellas binarias que emiten una fuerte radiación en los rayos X. Están formados por un objeto compacto, normalmente un agujero negro, con un compañero estelar. Las binarias de rayos X de baja masa (LMXB) tienen compañeros con masas iguales o menores que la masa del Sol. En estos sistemas, las dos estrellas orbitan a una distancia tan pequeña que parte de la masa de la estrella cae en el pozo gravitacional del agujero negro, formando un disco plano de material a su alrededor. Este proceso se llama acreción y el disco es un disco de acreción.

Algunas binarias de rayos X, denominadas transitorias, cambiaron de estados inactivos, en los que la cantidad de masa que se acumula en el agujero negro es pequeña y su brillo es demasiado bajo para detectar desde la Tierra, a estados eruptivos en los que el agujero negro tiene un aumento tasa de acreción, de modo que el material del disco se calienta, alcanzando valores entre uno y diez millones de grados Kelvin. Durante estas erupciones, que pueden durar desde semanas hasta varios meses, el sistema emite un gran flujo de rayos X y su brillo aumenta en varias magnitudes.

Todavía no sabemos exactamente cuáles son los procesos físicos que ocurren durante estos episodios de acreción. “Estos sistemas son lugares donde la materia está sometida a campos gravitacionales que se encuentran entre los más fuertes del universo, por lo que las binarias de rayos X son laboratorios de física que la naturaleza nos proporciona para el estudio de objetos compactos y el comportamiento de la materia que los rodea” , explica Javier Sánchez Sierras, investigador predoctoral del IAC y primer autor del artículo.

Uno de los procesos físicos más importantes que los científicos deben comprender es la expulsión de material, o vientos, durante los episodios de acreción. Según Teo Muñoz Darias, investigador del IAC y coautor del artículo, “el estudio de los vientos en esos sistemas es clave para entender los procesos de acreción, porque los vientos pueden llegar a expulsar incluso más materia de la que acrece el agujero negro”.

Mismo viento, diferentes estados

El artículo que acaba de ser publicado en Astronomy and Astrophysics Letters, y que ha sido elegido por la revista como “artículo destacado”, presenta el descubrimiento de los vientos del agujero negro MAXI J1820 + 070 en el infrarrojo, durante la erupción que tomó lugar durante 2018-2019. En las últimas dos décadas se han observado vientos en rayos X durante la erupción, denominados suaves en los que predomina la radiación emitida por el disco de acreción, mostrando una alta luminosidad. Más recientemente, el mismo grupo del IAC ha descubierto en ondas visibles vientos en estado duro de acreción que se caracteriza por la aparición de un chorro, que sale esencialmente perpendicular al disco de acreción, y que emite con fuerza en longitudes de onda de radio.

“En el presente estudio -recalcó Sánchez Sierras-, hemos mostrado el descubrimiento de vientos infrarrojos que están presentes tanto en el estado de acreción duro como en el blando, durante la evolución completa de la erupción, por lo que su presencia no depende del estado de acreción. , y esta es la primera vez que se observa este tipo de vientos ”. Los investigadores también han podido demostrar que las propiedades cinemáticas del viento son muy similares a las observadas en 2019 en el rango visible, alcanzando velocidades de hasta 1800 km / s.

“Estos datos sugieren que el viento es el mismo en ambos casos, pero su visibilidad cambia de longitud de onda durante la evolución de la erupción, lo que indicaría que el sistema está perdiendo masa y también momento angular durante el proceso de la erupción”, explica Muñoz Darias. . Estos resultados son muy importantes para los científicos, porque agregan un nuevo elemento a la imagen global de los vientos en estos sistemas y representan un paso adelante hacia el objetivo de completar nuestra comprensión de los procesos de acreción en los agujeros negros de masa estelar.

Referencia: “Las líneas de emisión del infrarrojo cercano trazan el viento del disco de acreción independiente del estado del agujero negro transitorio MAXI J1820 + 070” por J. Sánchez-Sierras y T. Muñoz-Darias, 28 de julio de 2020, Astronomy & Astrophysics .
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202038406

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