viernes, 29 de abril de 2016

El misterio de los agujeros negros supervoraces

Astrónomos de la Universidad de Cambridge han descubierto dos agujeros negros que están absorbiendo a sus estrellas vecinas a un ritmo nunca visto. Al hacerlo, están emitiendo los «vientos estelares» más fuertes nunca registrados en estos sistemas

La ilustración muestra cómo un misterioso objeto (un agujero negro o una estrella de neutrones) absorbe vorazmente el material de su estrella compañera. - ESA/ C. Carreau

Una de las características más conocidas de los agujeros negros es su apetito insaciable. De hecho, su poderosa fuerza gravitatoria hace que cualquier objeto, planeta o estrella que se acerque demasiado a uno de ellos sea irremediablemente «devorado». Muchos agujeros negros proceden de la muerte violenta de estrellas, y no es raro observar sistemas binarios en los que uno de los dos miembros se ha convertido en un agujero negro que «absorbe» contínuamente materia de su compañera orbital.
Pero lo que ha observado un equipo de astrónomos de la Universidad de Cambridge utilizando el telescopio de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), se sale de todo lo conocido hasta ahora. Dos agujeros negros, ambos situados en galaxias cercanas, están «devorando» a sus estrellas compañeras a ritmo jamás visto hasta el momento. Y en el proceso, están «escupiendo» materia hacia el espacio a una velocidad increíble: un cuarto de la de la luz. Es la primera vez que se observan«vientos estelares» tan fuertes y veloces en uno de estos sistemas binarios. El trabajo acaba de publicarse en «Nature».
Cuando se observa el Universo en la longitud de onda de los rayos X, aparecen en el cielo dos clases de objetos dominantes: agujeros negros supermasivos, situados en el centro de muchas galaxias y que devoran con auténtica ferocidad todo cuanto les rodea; y sistemas binarios, parejas de restos estelares (enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros) que absorben material de sus estrellas compañeras. En ambos casos, los gases forman un disco que gira alrededor del objeto central, compacto y muy denso. La fricción en el interior de ese disco hace que el gas se caliente y emita luz en diferentes longitudes de onda, especialmente en el rango de los rayos X.
Sin embargo, en la pasada década de los 80 se descubrió una clase de objetos intermedios y que la Ciencia no ha terminado aún de comporender. Se tratra de fuentes de rayos X que brillan (en rayos X) con una intensidad entre diez y cien veces superior a la del resto de los sistemas binarios. Los científicos saben que no pueden ser agujeros negros supermasivos porque no tienen la fuerza ni el tamaño necesarios, y porque además suelen aparecer lejos de los centros galácticos.
«Creemos que estas fuentes ultra luminosas de rayos X -explica Ciro Pinto, autor principal del estudio de Nature- son sistemas binarios especiales, capaces de absorber el gas de sus compañeras a una tasa muy superior a de una binaria corriente. Algunas de estas fuentes son estrellas de neutrones muy magnéticas, mientras que otras podrían ocultar a los tan codiciados agujeros negros de masa intermedia, un millar de veces la del Sol. Pero en la mayoría de los casos, sus comportamientos extremos aún no están claros».
Pinto y sus colegas recopilaron los datos de varios días de observación de tres fuentes de rayos x ultra luminosas, todas ellas situadas en galaxias cercanas, situadas a menos de 22 millones de años luz de la Vía Láctea. Y en los tres casos, fueron capaces de identificar las emisiones de rayos X procedentes del gas de las zonas externas del disco que rodea al objeto masivo central, fluyendo suavemente hacia él. Pero dos de las tres fuentes, conocidas como NGC 1313 X-1 y NGC 5408 X-1, mostraron también claras señales de rayos X siendo absorbidos por gases que estaban alejándose de la fuente central a velocidades de hasta 70.000 km/s, certa de la cuarta parte de la velocidad de la luz.
«Es la primera vez que vemos esta clase de vientos procedentes de una fuente ultra luminosa de rayos X -afirma Pinto-. Y la enorme velocidad de estos flujos de salida nos está diciendo algo acerca de la naturaleza de los objetos compactos que hay en sus centros, que devoran materia de forma frenética».
A pesar de que el gas caliente es atraído por la gravedad del objeto central, también brilla, y la presión ejercida por la radiación lo empuja, al mismo tiempo, hacia fuera. Se trata de una cuestión de equilibrio entre dos fuerzas: cuanto mayor sea la masa del objeto central, más rápidamente atrae el gas; pero esto también hace que el gas se caliente más deprisa, que emita más luz y que, por lo tanto, aumente la fuerza que le empuja hacia fuera.
Existe un límite teórico (el límite de Eddington) para la materia que puede ser expulsada de esta forma por un objeto con una masa determinada. Fue calculado por el astrónomo Arthur Eddington para ser aplicado en estrellas, pero también sirve para objetos como agujeros negros y estrellas de neutrones.
Pero las fuentes estudiadas por Pinto y sus colegas se salen de estos parámetros. De hecho, están siendo alimentadas por un disco de gas que se ha hinchado debido a las presiones internas producidas por la ingente cantidad de material que pasa a tavés de él. A medida que el abultado disco de gas mueve más y más material, éste logra vencer el tirón gravitatorio del agujero negro y da lugar a vientos de tremenda fuerza, que expulsan materia al espacio a la increíble velocidad observada por los investigadores de Cambridge.
A pesar de ello, la verdadera naturaleza de los objetos compactos que hay en el centro de las dos fuentes de rayos X sigue siendo desconocida. Basándose en su brillo en el rango de los rayos X, los científicos sospechan que estos vientos superveloces podrían ser generados por estrellas de neutrones o agujeros negros con masas varias decenas de veces superiores a la del Sol. Pero es pronto para afirmarlo. El equipo dirigido por Pinto busca ahora nuevos datos y planea futuras observaciones para terminar de aclarar el misterio.


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