Secuencia completa de la eyección de material desde un agujero negro

Los agujeros negros estelares se forman tras el colapso de una estrella muy masiva, y sabemos que presentan un campo gravitatorio tan intenso que ni la luz puede escapar de ellos. Sin embargo, existen mecanismos a través de los que estos objetos realimentan el medio interestelar, al expulsar, a través de chorros o estallidos, parte del material que queda atrapado en su disco de acrecimiento (donde se van agregando partículas o material).

Ahora, un grupo internacional de astrónomos, con participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha observado durante seis meses la evolución del material expulsado por uno de estos agujeros negro: MAXI J1820+070, o simplemente J1820. Los resultados se publican en la revista Nature Astronomy.

Este agujero negro forma parte de un sistema binario, donde él y una estrella compañera parecida al Sol giran alrededor de un centro de masas común.  Con esta disposición es habitual que el agujero absorba material de la estrella. Este cae hacia el agujero negro a través de un disco que lo rodea, y en su caída, el material se calienta y el disco emite rayos X.

Se trata de objetos muy variables, cuyo brillo depende de cuánto gas pueda absorber el agujero negro, y en ocasiones se desarrolla también un chorro bipolar (con dos polos) que expulsa parte del material y que es visible en ondas de radio, como ocurre en J1820.

«Generalmente, este tipo de sistema astrofísico acumula una cantidad muy pequeña de material, por lo que no puede ser visto. Sin embargo, ocasionalmente entran en erupción y solo entonces son observables: tuvimos la suerte de detectar el estallido en J1820 poco después de que se produjera en verano de 2018”, señala Joe Bright investigador del Departamento de Física de la Universidad de Oxford (Reino Unido) que encabeza el estudio.

“Una rápida coordinación para realizar observaciones en radio de alta resolución unos días después del inicio del evento fue fundamental para interpretar los cambios morfológicos de la fuente en los seis meses siguientes”, apunta Javier Moldón, investigador del IAA que participa en el trabajo.

Campaña de observación internacional

Así, se desplegó una extensa campaña de observación que incluyó telescopios en Reino Unido, como e-MERLIN, y Estados Unidos, así como el telescopio MeerKAT, recientemente operativo en Sudáfrica. “Con estas instalaciones fuimos capaces de rastrear la conexión entre el acrecimiento de material y los flujos. Y, más emocionante aún, pudimos observar las eyecciones de material, y rastrearlas en un amplio rango de separaciones del agujero negro», destaca Bright.

Las velocidades registradas se hallan entre las más altas jamás observadas en un objeto fuera del sistema solar, tanto que el material parecía moverse más rápido que la luz. En realidad no lo hace, se trata de un fenómeno óptico conocido como movimiento superlumínico aparente.

También se registraron varios altibajos en el brillo del sistema: se produjeron unos descensos rápidos iniciales debido a la evolución del material eyectado, y después un nuevo aumento seguido de un decaimiento más lento debido a la interacción constante del material con el medio interestelar. 

Los agujeros negros estelares, como J1820, se consideran versiones en miniatura de los agujeros negros supermasivos que se hallan en los núcleos de las galaxias. Se piensa que la retroalimentación de estos últimos es un componente vital que regula el crecimiento de las galaxias, aunque evolucionan en escalas de tiempo muy largas.

Sus contrapartes estelares, sin embargo, evolucionan rápidamente y constituyen por lo tanto los sistemas perfectos para estudiar el proceso de retroalimentación y su conexión con el acrecimiento.

Evolución del chorro bipolar desde 93 hasta 178 días después de la erupción. La línea central muestra la posición estática del agujero negro, mientras que los dos chorros muestran una trayectoria balística según se van separando del agujero negro. / IAA-CSIC et al.