Un equipo internacional de astrofísicos de Southampton, Oxford y Sudáfrica han detectado un clima muy caluroso viento denso que fluye cerca de un agujero negro al menos 25, 000 años luz de la Tierra.

El investigador principal, el profesor Phil Charles de la Universidad de Southampton, explicó que el gas (helio e hidrógeno ionizados) se emitía en ráfagas que se repetían cada 8 minutos. la primera vez que se ha visto este comportamiento alrededor de un agujero negro. Los hallazgos se han publicado en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

El objeto que estudió el equipo del profesor Charles fue Swift J1357.2-0933, que se descubrió por primera vez como un transitorio de rayos X, un sistema que exhibe violentos estallidos, en 2011. Todos estos transitorios consisten en una estrella de baja masa, similar a nuestro Sol y un objeto compacto, que puede ser una enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro. En este caso, Swift J1357.2-0933 tiene un objeto compacto de agujero negro que es al menos 6 veces la masa de nuestro Sol.

El objeto compacto tira del material de la estrella normal hacia un disco entre los dos. Los estallidos masivos ocurren cuando el material en el disco se calienta e inestable y libera grandes cantidades de energía.

El profesor Charles dijo:"Lo que era particularmente inusual acerca de este sistema era que los telescopios terrestres habían revelado que su brillo óptico mostraba caídas periódicas en su salida y que el período de estas caídas cambiaba lentamente de alrededor de dos minutos a alrededor de 10 minutos cuando el estallido". Evolucionado Un comportamiento tan extraño nunca se ha visto en ningún otro objeto.

"La causa de estos notables, las caídas rápidas ha sido un tema candente de debate científico desde su descubrimiento. Así que fue con gran entusiasmo que los astrónomos recibieron el segundo estallido de este objeto a mediados de 2017, presentando una oportunidad para estudiar este extraño comportamiento con mayor detalle ".

El profesor Charles y su equipo reconocieron que la clave para obtener la respuesta era obtener espectros ópticos varias veces durante cada ciclo de inmersión. esencialmente estudiando cómo su color cambió con el tiempo. Pero con el objeto alrededor de 10, 000 veces más débil que la estrella más débil visible a simple vista y el período de inmersión de solo alrededor de 8 minutos, se tuvo que utilizar un telescopio muy grande.

Entonces, ellos usaron SAL, el Gran Telescopio de África Meridional, el telescopio óptico más grande del hemisferio sur.

La Universidad de Southampton es uno de los socios fundadores del Reino Unido en SALT, y junto con sus colaboradores sudafricanos, son parte de un gran programa de ciencia de varios socios para estudiar transitorios de todo tipo. SALT no solo tiene la enorme área de recolección necesaria (tiene un espejo de 10 m de diámetro), pero es operado de una manera 100% programada en cola por astrónomos del personal residente, lo que significa que puede responder fácilmente a eventos transitorios impredecibles. Esto fue perfecto para Swift J1357.2-0933, y SAL obtuvo más de una hora de espectros, con uno tomado cada 100 segundos.

"Nuestras observaciones oportunas de este fascinante sistema demuestran cómo la rápida respuesta de SALT, a través de su operación flexible programada en cola, lo convierte en una instalación ideal para estudios de seguimiento de objetos transitorios, "dijo el Dr. David Buckley, el investigador principal del programa transitorio SALT, con sede en el Observatorio Astronómico de Sudáfrica, quien también agregó, "Con la disponibilidad instantánea de varios instrumentos diferentes en SALT, También podemos modificar dinámicamente nuestros planes de observación para adaptarlos a los objetivos científicos y reaccionar a los resultados. casi en tiempo real "

El profesor Charles agregó:"Los resultados de estos espectros fueron asombrosos. Mostraron helio ionizado en absorción, que nunca antes se había visto en tales sistemas. Esto indicó que debe ser denso y caliente, alrededor de 40, 000 grados. Más notablemente, las características espectrales se desplazaron al azul (debido al efecto Doppler), lo que indica que soplaban hacia nosotros a unos 600 km / s. Pero lo que realmente nos asombró fue el descubrimiento de que estas características espectrales eran visibles solo durante las caídas ópticas en la curva de luz. Hemos interpretado esta propiedad única como debida a una deformación u ondulación en el disco de acreción interno que orbita el agujero negro en la escala de tiempo de inmersión. Esta deformación está muy cerca del agujero negro a solo una décima parte del radio del disco ".

¿Qué está alejando este asunto del agujero negro? Es casi seguro que es la presión de radiación de los intensos rayos X generados cerca del agujero negro. Pero tiene que ser mucho más brillante de lo que vemos directamente. sugiriendo que el material que cae sobre el agujero negro lo oscurece de la vista directa, como nubes que oscurecen el sol. Esto ocurre porque estamos viendo el sistema binario desde un punto de vista en el que el disco aparece de canto, como se muestra en la ilustración esquemática, y las manchas rotativas en este disco oscurecen nuestra visión del agujero negro central.

Curiosamente, no hay eclipses de la estrella compañera que se ven ni en la óptica ni en los rayos X, como podría esperarse. Esto se explica porque es muy pequeño, y constantemente a la sombra del disco. Esta inferencia proviene de un modelo teórico detallado de los vientos que salen de los discos de acreción que fue realizado por uno de los miembros del equipo. James Matthews en la Universidad de Oxford, utilizando cálculos de supercomputadora.

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 un par de docenas de sistemas binarios de agujeros negros en nuestra galaxia, que tienen masas en el rango de masa solar 5-15, y el único agujero negro en nuestro Centro Galáctico tiene alrededor de 4 millones de masas solares. Todos crecen por la acumulación de materia que hemos presenciado tan espectacularmente en este objeto. También sabemos que una fracción sustancial del material de acreción se está expulsando. Cuando eso sucede desde los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, esos poderosos vientos y chorros pueden tener un gran impacto en el resto de la galaxia.

El profesor Charles concluyó:"Estas versiones binarias de período corto son una manera perfecta de estudiar esta física en acción".