Un equipo internacional de astrónomos, liderado por la Universidad de Southampton y con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias, ha utilizado los instrumentos HiPERCAM del Gran Telescopio Canarias, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, y el observatorio espacial NICER de la NASA para crear una película de alta velocidad de un sistema de agujero negro en crecimiento. En el proceso han descubierto fulguraciones violentas de luz visible y de rayos X que proporcionan nuevas pistas para entender el entorno inmediato de estos enigmáticos objetos. Los resultados del estudio se publican en la prestigiosa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Los agujeros negros pueden alimentarse de una estrella cercana y crear vastos discos de acumulación de gas y polvo.  El efecto de la fuerte gravedad del agujero negro y el propio campo magnético del material puede provocar que el sistema en su conjunto emita niveles de radiación que cambian rápidamente. Esta radiación es la que ha sido detectada en el visible por el instrumento HiPERCAM del Gran Telescopio Canarias (GTC) y en rayos X por el observatorio NICER de la NASA a bordo de la Estación Espacial Internacional.

El sistema de agujero negro estudiado se llama MAXI J1820+070 y fue descubierto por primera vez a principios de 2018. Está a sólo 10.000 años luz de distancia, en nuestra propia galaxia. Tiene una masa equivalente a 7 soles, pero comprimida en una región del espacio más pequeña que la ciudad de Londres. Investigar estos sistemas suele ser muy difícil ya que son demasiado pequeños y muy débiles para ser vistos. Sin embargo, los instrumentos HiPERCAM y NICER permiten a los investigadores crear películas, a más de trescientos fotogramas por segundo, de la luz cambiante del sistema, capturando fulguraciones violentas de luz visible y de rayos X simultáneamente.

Para la película que acaba de presentarse se utilizaron datos reales, pero se redujo a una décima parte de la velocidad real para permitir que las fulguraciones más rápidas fueran detectadas por el ojo humano, ya que algunas de ellas duran tan solo unos pocos milisegundos y el material alrededor del agujero negro es tan brillante que eclipsa a la estrella que está consumiendo. Los investigadores encontraron que los descensos en los niveles de rayos X van acompañados de un aumento en la luz visible y viceversa. También han podido comprobar cómo los destellos más rápidos en luz visible surgen una fracción de segundo después de los rayos X, algo que ya se había visto en dos sistemas que contienen agujeros negros, pero nunca con un nivel de detalle como ahora.

Según John Paice, estudiante de postgrado de la Universidad de Southampton y autor principal del estudio, "el hecho de que ahora lo hayamos visto en tres sistemas, refuerza la idea de que se trata de una característica común de estos agujeros negros en crecimiento. Si es cierto, puede que nos esté diciéndo algo fundamental sobre cómo funcionan los flujos de materia alrededor de estos enigmáticos objetos cósmicos".

Comprender la física y la naturaleza de estos flujos de materia alrededor de los agujeros negros es un tema candente de investigación astrofísica. Tariq Shahbaz, investigador del IAC que ha participado en el estudio, considera que "los datos obtenidos con HiPERCAM son increíbles ya que las observaciones sugieren que podríamos estar viendo signos de estratificación dentro de las regiones cercanas a la base del jet".

Por su parte, Romano Corradi, director del GTC, destaca cómo la nueva instrumentación está ayudando a una mejor compresión de estos fenómenos: "Estos resultados son un claro ejemplo de cómo la combinación de la gran área colectora del GTC y las capacidades únicas del instrumento HiPERCAM de poder obtener imágenes a gran velocidad y en varios colores simultáneamente, están abriendo nuevas áreas de estudio de los fenómenos en rápida evolución en el Universo".

La investigación ha contado con el apoyo financiero del Science and Technology Facilities Council (Reino Unido), la Universidad de Southampton, la UK-India Education and Research Initiative Thematic Partnerships, la Comisión de Becas Universitarias (India), el Programme National Hautes Energies (Francia), la Agence Nationale de la Recherche (Francia), el Ministerio de Economía y Empresa (España), la Academia de Finlandia y el Consejo Europeo de Investigación.

Artículo: J. A. Paice, P. Gandhi, T. Shahbaz et al. "A Black Hole X-ray Binary at ∼100 Hz: Multiwavelength Timing of MAXI J1820+070 with HiPERCAM and NICER". MNRAS Letters , oct 2019, slz148. DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slz148

Más información:
Nota de prensa de la Universidad de Southampton

Vídeo: Simulación de fulguraciones violentas en MAXI J1820+070

Contacto:
Tariq Shahbaz, investigador del IAC: tsh [at] iac.es (tsh[at]iac[dot]es)