Un equipo internacional de astrofísicos de Sudáfrica, Reino Unido, Francia y Estados Unidos ha descubierto grandes variaciones en el brillo de la luz observada desde uno de los agujeros negros más cercanos a nuestra galaxia, a 9.600 años luz de la Tierra, que dicen es causado por una gran deformación en su disco de acreción.

Este objeto, MAXI J1820 + 070, entró en erupción como un nuevo transitorio de rayos X en marzo de 2018 y fue descubierto por un telescopio de rayos X japonés a bordo de la Estación Espacial Internacional. Estos transitorios, sistemas que presentan violentas explosiones, son estrellas binarias, compuestas por una estrella de baja masa, similar a nuestro Sol y de un objeto mucho más compacto, que puede ser un enano blanco, estrella neutrón, Dónde agujero negro. En este caso, MAXI J1820 + 070 contiene un agujero negro de al menos 8 veces la masa de nuestro Sol.

Los primeros resultados se han publicado ahora en la revista internacional altamente calificada, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, cuyo autor principal es el Dr. Jessymol Thomas, investigador postdoctoral en el Observatorio Astronómico de Sudáfrica (SAAO).

El descubrimiento presentado en el artículo se realizó a partir de una curva de luz extensa y detallada obtenida durante casi un año por aficionados dedicados de todo el mundo que forman parte de la AAVSO (Asociación Estadounidense de Observadores de Estrellas Variables). MAXI J1820 + 070 es uno de los tres transitorios de rayos X más brillantes jamás observados, una consecuencia tanto de su proximidad a la Tierra como del hecho de que está fuera del plano de oscurecimiento de nuestro vía Láctea Galaxia. Debido a que se mantuvo brillante durante muchos meses, hizo posible que muchos entusiastas lo siguieran.

El profesor Phil Charles, investigador de la Universidad de Southampton y miembro del equipo de investigación, explicó que “la materia de la estrella normal es atraída por el objeto compacto en su disco de acreción de gas espiral circundante. Las explosiones masivas ocurren cuando el material del disco se vuelve caliente e inestable, se acumula en el agujero negro y libera grandes cantidades de energía antes de cruzar el horizonte de eventos. Este proceso es caótico y muy variable, y varía a lo largo de escalas de tiempo que van desde unos pocos milisegundos hasta varios meses. «

El equipo de investigación produjo una visualización del sistema, mostrando cómo una enorme salida de rayos X emana desde muy cerca del agujero negro, luego irradia la materia circundante, particularmente el disco de acreción, calentándolo a una temperatura de aproximadamente 10,000 K, que se considera la luz visual emitida. Por lo tanto, a medida que disminuye la explosión de rayos X, también lo hace la luz óptica.

Pero algo inesperado sucedió casi 3 meses después de que comenzara la explosión cuando la curva de luz óptica desencadenó una enorme modulación, muy similar a encender un atenuador hacia arriba y hacia abajo y casi duplicar el brillo hasta su punto máximo, durante un período de aproximadamente 17 horas. Aún así, no hubo cambios en la salida de los rayos X, que se mantuvo estable. Si bien en el pasado se habían visto pequeñas modulaciones visibles casi periódicas durante otras explosiones transitorias de rayos X, nunca antes se había visto nada a esta escala.

¿Qué estaba causando este comportamiento extraordinario? «Con el ángulo de visión del sistema como se muestra en la imagen, pudimos descartar con bastante rapidez la explicación habitual de que los rayos X iluminaban la cara interna de la estrella donante porque el brillo estaba ocurriendo en el momento equivocado», dijo. Profesor Charles. Tampoco podría deberse a la variación en la luz de la cual el flujo de transferencia de masa golpea el disco a medida que la modulación se mueve gradualmente con respecto a la órbita.

Eso dejó solo una explicación posible, el enorme flujo de rayos X irradió el disco y provocó que se deforme, como se muestra en la imagen. La deformación proporciona un gran aumento en el área del disco que podría iluminarse, aumentando en gran medida la salida de luz visual cuando se ve en el momento adecuado. Tal comportamiento se había observado en binarios de rayos X con donantes más masivos, pero nunca en un agujero negro transitorio con un donante de baja masa como este. Abre una vía completamente nueva para el estudio de la estructura y propiedades de los discos de acreción deformados.

El profesor Charles continuó: “Este objeto tiene propiedades notables entre un grupo de objetos ya interesante que tiene mucho que enseñarnos sobre los puntos finales de la evolución estelar y la formación de objetos compactos. Ya conocemos unas pocas docenas de sistemas binarios de agujeros negros en nuestra galaxia, todos los cuales tienen masas entre 5 y 15 masas solares. Todos crecen a través de la acumulación de materia que hemos presenciado tan dramáticamente aquí. «

Iniciado hace unos 5 años, un importante programa científico en el Gran Telescopio de África Austral (SALT) para estudiar objetos transitorios ha realizado una serie de observaciones importantes de binarios compactos, incluidos sistemas de agujeros negros como MAXI J1820 + 070. Como investigador principal de este programa, el profesor Buckley, dice: “SALT es una herramienta perfecta para estudiar el comportamiento cambiante de estos binarios de rayos X durante sus explosiones, que puede monitorear regularmente durante períodos de semanas a meses. Y puede coordinarse con observaciones de otros telescopios, incluidos los basados ​​en el espacio.

Referencia: «Las grandes modulaciones ópticas durante la explosión de 2018 del MAXI J1820 + 070 revelan la evolución del disco de acreción deformado por el cambio de estado de los rayos X» por Jessymol K Thomas, Philip A Charles, David AH Buckley, Marissa M Kotze, Jean-Pierre Lasota, Stephen B Potter, James F Steiner y John A Paice, 26 de octubre de 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3033