Crédito:Rayos X:NASA / CXC / U.Wisc-Madison / S. Heinz et al .; Óptico / IR:Pan-STARRS
Esta imagen muestra un espectacular conjunto de anillos alrededor de un agujero negro, capturado utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Observatorio Swift Neil Gehrels. Las imágenes de rayos X de los anillos gigantes revelan información sobre el polvo ubicado en nuestra galaxia, utilizando un principio similar a las radiografías realizadas en consultorios médicos y aeropuertos.
El agujero negro es parte de un sistema binario llamado V404 Cygni, ubicado alrededor de 7, 800 años luz de distancia de la Tierra. El agujero negro está alejando activamente material de una estrella compañera, con aproximadamente la mitad de la masa del Sol, en un disco alrededor del objeto invisible. Este material brilla en rayos X, por lo que los astrónomos se refieren a estos sistemas como "binarios de rayos X".
El 5 de junio 2015, Swift descubrió una ráfaga de rayos X de V404 Cygni. La explosión creó los anillos de alta energía a partir de un fenómeno conocido como ecos de luz. En lugar de ondas de sonido que rebotan en la pared de un cañón, los ecos de luz alrededor de V404 Cygni se produjeron cuando una ráfaga de rayos X del sistema de agujeros negros rebotó en las nubes de polvo entre V404 Cygni y la Tierra. El polvo cósmico no es como el polvo doméstico, sino más bien como el humo, y consta de minúsculas, partículas sólidas.
En esta imagen compuesta, Los rayos X de Chandra (azul claro) se combinaron con datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawai que muestran las estrellas en el campo de visión. La imagen contiene ocho anillos concéntricos separados. Cada anillo es creado por rayos X de las llamaradas V404 Cygni observadas en 2015 que se reflejan en diferentes nubes de polvo. (La ilustración de un artista explica cómo se produjeron los anillos que vieron Chandra y Swift. Para simplificar el gráfico, la ilustración muestra solo cuatro anillos en lugar de ocho).
Un equipo de investigadores dirigido por Sebastian Heinz de la Universidad de Wisconsin en Madison analizó 50 observaciones de Swift del sistema realizadas en 2015 entre el 30 de junio y el 25 de agosto. y observaciones de Chandra realizadas el 11 y 25 de julio, 2015. Fue un evento tan brillante que los operadores de Chandra colocaron a propósito el V404 Cygni entre los detectores para que otra explosión brillante no dañara el instrumento.
Los anillos informan a los astrónomos no solo sobre el comportamiento del agujero negro, sino también sobre el paisaje entre V404 Cygni y la Tierra. Por ejemplo, el diámetro de los anillos en los rayos X revela las distancias a las nubes de polvo intermedias en las que la luz rebotó. Si la nube está más cerca de la Tierra, el anillo parece ser más grande, y viceversa. Los ecos de luz aparecen como anillos estrechos en lugar de anillos o halos anchos porque el estallido de rayos X duró solo un período de tiempo relativamente corto.
Los investigadores también utilizaron los anillos para probar las propiedades de las propias nubes de polvo. Compararon los espectros de rayos X, es decir, el brillo de los rayos X en una variedad de longitudes de onda, hasta modelos informáticos de polvo con diferentes composiciones. Diferentes composiciones de polvo darán como resultado diferentes cantidades de rayos X de menor energía que se absorberán y evitarán que se detecten con Chandra. Este es un principio similar a cómo diferentes partes de nuestro cuerpo o nuestro equipaje absorben diferentes cantidades de rayos X, dando información sobre su estructura y composición.
El equipo determinó que lo más probable es que el polvo contenga mezclas de grafito y granos de silicato. Además, analizando los anillos interiores con Chandra, encontraron que las densidades de las nubes de polvo no son uniformes en todas las direcciones. Estudios anteriores han asumido que no.
La ilustración de este artista muestra en detalle cómo se produce la estructura anillada vista por Chandra y Swift. Cada anillo es causado por rayos X que rebotan en diferentes nubes de polvo. Si la nube está más cerca de nosotros el anillo parece ser más grande. El resultado es un conjunto de anillos concéntricos con diferentes tamaños aparentes dependiendo de la distancia de la nube intermedia a nosotros. Crédito:Univ. de Wisconsin-Madison / S.Heinz
Un artículo que describe los resultados de V404 Cygni se publicó el 1 de julio de 2016, número de The Astrophysical Journal (preimpresión). Los autores del estudio son Sebastian Heinz, Lia Corrales (Universidad de Michigan); Randall Smith (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian); Niel Brandt (Universidad Estatal de Pensilvania); Peter Jonker (Instituto de Investigaciones Espaciales de los Países Bajos); Richard Plotkin (Universidad de Nevada, Reno); y Joey Neilson (Universidad de Villanova).
Este resultado está relacionado con un hallazgo similar del Circinus X-1 binario de rayos X, que contiene una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro, publicado en un artículo el 20 de junio, 2015, cuestión de la Diario astrofísico , noble, "El señor de los anillos:una distancia cinemática a Circinus X-1 de un eco de luz de rayos X gigante" (preimpresión). Este estudio también fue dirigido por Sebastian Heinz.
Se han publicado varios artículos cada año que informan estudios sobre el estallido de V404 Cygni en 2015 que causó estos anillos. Los arrebatos anteriores se registraron en 1938, 1956 y 1989, por lo que los astrónomos aún pueden tener muchos años para seguir analizando el de 2015.
