V404 Cygni rocía en el espacio nubes de plasma a la velocidad de la luz
A unos 7.800 años luz de distancia, en la constelación de Cygnus, se encuentra el agujero negro más peculiar. Se llama V404 Cygni, y en 2015, los telescopios de todo el mundo se quedaron maravillados al despertar de la latencia para devorar material de una estrella en el transcurso de una semana.
Ese evento proporcionó tanta información que los astrónomos aún la están analizando. Y acaban de descubrir un hecho sorprendente: los chorros relativistas se tambalean tan rápido que su cambio de dirección se puede ver en solo unos minutos.
Y, al hacerlo, expulsan nubes de plasma de alta velocidad.
"Este es uno de los sistemas de agujeros negros más extraordinarios que he conocido", dijo en abril el astrofísico James Miller-Jones, del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía (ICRAR) en la Universidad de Curtin en Australia.
V404 Cygni es un sistema microquasar binario que consiste en un agujero negro de aproximadamente nueve veces la masa del Sol y una estrella compañera, una gigante roja temprana un poco más pequeña que el Sol.
imagen: Impresión artística de V404 Cygni visto de cerca. El sistema estelar binario consiste en una estrella normal en órbita con un agujero negro. El material de la estrella cae hacia el agujero negro y se mueve en espiral hacia adentro en un disco de acreción, con poderosos chorros que se lanzan desde las regiones internas cercanas al agujero negro
El agujero negro está devorando lentamente a la gigante roja; El material extraído de la estrella está orbitando el agujero negro en forma de un disco de acreción, un poco como el agua que rodea un desagüe. Las regiones más cercanas del disco son increíblemente densas y calientes, y extremadamente radiantes; y, a medida que el agujero negro se alimenta, dispara poderosos chorros de plasma, presumiblemente desde sus polos.
Los científicos no conocen el mecanismo preciso detrás de la producción de chorros de plasma. Piensan que el material del borde más interno del disco de acreción se canaliza a lo largo de las líneas del campo magnético del agujero negro, que actúan como un sincrotrón para acelerar las partículas antes de lanzarlas a tremendas velocidades.
Pero los tambaleantes chorros del V404 Cygni, que se disparan en diferentes direcciones en diferentes momentos, en escalas de tiempo tan rápidamente cambiantes, y a velocidades de hasta el 60 por ciento de la velocidad de la luz, están en una clase propia.
"Creemos que el disco de material y el agujero negro están desalineados", dijo Miller-Jones. "Esto parece estar causando que la parte interna del disco se tambalee como un trompo y dispare chorros en diferentes direcciones a medida que cambia de orientación".
Es un poco como una peonza que comienza a tambalearse a medida que se ralentiza, dijeron los investigadores. Este cambio en el eje de rotación de un cuerpo giratorio se llama precesión. En este caso particular, tenemos una explicación útil por cortesía de Albert Einstein.
En su teoría de la relatividad general, Einstein predijo un efecto llamado arrastre del marco de referencia. A medida que gira, el campo gravitacional de un agujero negro giratorio es tan intenso que esencialmente arrastra el espacio-tiempo con él. (Este es uno de los efectos que los científicos esperaban observar cuando tomaban una foto de Pōwehi).
En el caso del V404 Cygni, el disco de acreción tiene unos 10 millones de kilómetros de ancho. La desalineación del eje de rotación del agujero negro con el disco de acreción ha deformado los pocos miles de kilómetros internos de dicho disco.
El efecto de arrastre del marco de referencia tira de la parte deformada del disco junto con la rotación del agujero negro, lo que hace que el chorro se desplace en todas direcciones. Además, esa sección interna del disco de acreción se hincha como una rosquilla sólida que también precesa.
"Este es el único mecanismo que podemos pensar que puede explicar la rápida precesión que vemos en V404 Cygni", dijo Miller-Jones.
Película realizada a partir de nuestras imágenes de radio de alta resolución tomadas el 22 de junio de 2015 con Very Long Baseline Array de la National Science Foundation. Muestra nubes de plasma en los chorros de precesión alejándose del agujero negro en diferentes direcciones. La escala de las imágenes es aproximadamente del tamaño de nuestro Sistema Solar, y el reloj muestra la hora. Crédito: ICRAR y la Universidad de Alberta.
Es tan rápido que era prácticamente inútil el método habitual que utilizan los radiotelescopios para el espacio de imágenes. Por lo general, estos dispositivos dependen de largas exposiciones, observando una región durante varias horas a la vez, moviéndose a través del cielo para rastrear su objetivo. Pero en este caso, el método produjo imágenes demasiado borrosas para ser de utilidad.
Por lo tanto, el equipo tuvo que usar un método diferente, tomar 103 imágenes separadas con tiempos de exposición de solo 70 segundos y unirlas para crear una película y, efectivamente, estaban los chorros tambaleantes y espaciales.
"Nos sorprendió lo que vimos en este sistema; fue completamente inesperado", dijo el físico Greg Sivakoff, de la Universidad de Alberta.
"Encontrar esto astronómicamente ha profundizado primero nuestra comprensión de cómo pueden funcionar los agujeros negros y la formación de galaxias. Nos dice un poco más sobre esa gran pregunta: '¿Cómo llegamos aquí?'
La investigación fue publicada en Nature: A rapidly changing jet orientation in the stellar-mass black-hole system V404 Cygni