Conocimientos sobre el agujero negro MAXI J1820+070

En 2018, un agujero negro llamado MAXI J1820+070 se activó y fue estudiado de cerca. Este agujero negro forma parte de un sistema donde atrae materia de una estrella cercana. A medida que la materia cae en el agujero negro, se generan Rayos X, que son ondas de luz de alta energía. Este proceso crea diferentes Estados en el comportamiento del agujero negro y la materia que lo rodea, que los científicos pueden estudiar para aprender más sobre cómo funcionan los Agujeros Negros.

#¿Qué son los Binarios de Rayos X con Agujeros Negros?

Los binarios de rayos X con agujeros negros son sistemas que incluyen un agujero negro y una estrella compañera. El agujero negro extrae material de la estrella, y este material forma un Disco a su alrededor antes de caer dentro. A medida que el material se acerca al agujero negro, se calienta mucho y emite rayos X. La luz emitida puede mostrar diferentes patrones, dependiendo de cómo el agujero negro y el disco cambian con el tiempo.

#El Estado de los Agujeros Negros

El comportamiento de los agujeros negros se puede clasificar en diferentes estados. Estos estados incluyen fases dura, blanda e intermedia. En el estado duro, las señales de rayos X son causadas principalmente por procesos de alta energía que ocurren en una nube caliente de partículas alrededor del agujero negro. En el estado blando, los rayos X provienen sobre todo del disco caliente de material que cae en el agujero negro. Entender estos estados ayuda a los científicos a rastrear cómo se comportan los agujeros negros con el tiempo.

#Estudiando MAXI J1820+070

MAXI J1820+070 fue detectado por primera vez en marzo de 2018. Está ubicado a varios miles de años luz de la Tierra. Las observaciones mostraron que el agujero negro tiene un ángulo específico en el que el disco orbita, y los científicos han podido estimar su masa. Analizando la luz de rayos X del agujero negro, los investigadores pueden reunir información importante sobre sus propiedades.

Durante la erupción de 2018 de MAXI J1820+070, los científicos monitorearon su comportamiento, centrándose especialmente en su sincronización y características espectrales. Las observaciones encontraron cambios rápidos en las señales de rayos X, conocidos como Oscilaciones cuasi-periódicas, que pueden proporcionar pistas sobre la dinámica del disco y el agujero negro en sí.

#La Importancia de la Geometría del Disco

La forma y estructura del disco alrededor de un agujero negro son cruciales para entender cómo el agujero negro atrae material. Generalmente, los científicos creen que el disco es delgado y denso cerca del borde del agujero negro. El borde interno del disco puede llegar muy cerca del agujero negro, lo que puede provocar un aumento en los rayos X emitidos.

Hay preguntas sobre el comportamiento del disco, especialmente en el estado duro. Algunos investigadores argumentan que el disco podría no alcanzar tan cerca del agujero negro durante esta fase. Entender la estructura del disco ayuda a los científicos a medir las características del agujero negro, como su rotación.

#Técnicas de Observación

Para estudiar MAXI J1820+070, los investigadores utilizaron datos de un satélite llamado Insight-HXMT. Este satélite puede observar rayos X en un amplio rango de energías, lo que lo hace adecuado para estudiar varios aspectos de los agujeros negros. Procesando los datos del satélite, los científicos pueden crear curvas de luz y mediciones espectrales para ver cómo se comporta el agujero negro con el tiempo.

#Las Fases de Erupción

Durante la erupción de 2018 de MAXI J1820+070, se observaron varias fases, incluyendo la fase de ascenso, meseta, declive brillante, transición dura-blanda, blanda y regreso blando-duro. Cada fase refleja un patrón de comportamiento diferente del agujero negro y el disco de acreción.

1. Fase de Ascenso: Aquí es cuando el agujero negro comienza a atraer material activamente, lo que lleva a un aumento en las emisiones de rayos X.
2. Fase de Meseta: Las emisiones de rayos X se estabilizan en un nivel alto durante esta etapa.
3. Fase de Declive Brillante: Hay una caída notable en las emisiones de rayos X a medida que el agujero negro ralentiza su acreción.
4. Transición Dura-Blanda: Las señales de rayos X cambian a medida que el agujero negro pasa a un estado diferente.
5. Fase Blanda: El agujero negro muestra principalmente emisiones de rayos X blandos del disco.
6. Fase de Regreso Blando-Duro: El agujero negro regresa a un estado más duro.

#Analizando Datos Espectrales

Los científicos ajustan los espectros observados de MAXI J1820+070 con varios modelos para entender la física detrás de la luz observada. Dos modelos comunes son el modelo diskbb y el modelo nkbb. El modelo diskbb asume que el disco emite rayos X como una colección de cuerpos negros a diferentes temperaturas. El modelo nkbb toma en cuenta los efectos relativistas cerca del agujero negro, permitiendo una comprensión más refinada del espectro emitido.

Usando estos modelos, los investigadores pueden estimar parámetros importantes, como el radio interno del disco y la rotación del agujero negro. Estos parámetros cambian durante la erupción, proporcionando información sobre cómo se comporta el agujero negro a medida que transita por diferentes estados.

#El Rol de las Características de Reflexión

A medida que los rayos X emitidos por el disco interactúan con la materia circundante, crean características de reflexión en el espectro. Estas características proporcionan información crítica sobre el disco y su entorno. Por ejemplo, cuando los científicos analizan estas reflexiones, pueden estimar la abundancia de hierro en el disco. Normalmente, los investigadores encuentran que la abundancia de hierro cambia entre diferentes estados del agujero negro, pero en realidad, debería permanecer constante.

#Rastreo de Cambios en el Disco y la Corona

El análisis de diferentes modelos del espectro del agujero negro muestra que a medida que el agujero negro transita de estados duros a blandos, el disco a su alrededor puede volverse compacto y acercarse más al agujero negro. La corona, una nube de electrones calientes alrededor del agujero negro, también cambia dependiendo del estado.

La fracción de dispersión-una medida de cuánto se dispersa la luz de rayos X-varía a través de diferentes fases. En el estado duro, tiende a ser alta, mientras que en el estado blando, se vuelve baja. Esto sugiere que la corona y la forma en que interactúa con el disco juegan un papel importante en los rayos X emitidos.

#LFQPOs y Su Significado

Las oscilaciones cuasi-periódicas, o QPOs, son cambios en el brillo de la luz de rayos X a lo largo del tiempo. Estas oscilaciones pueden ocurrir a diferentes frecuencias y proporcionan una visión de la dinámica del disco y el agujero negro.

La investigación sobre MAXI J1820+070 sugiere una conexión entre la frecuencia de QPO y otros parámetros del agujero negro, como la tasa de acreción de masa y el radio interno del disco. Rastrear estas relaciones ayuda a los científicos a entender mejor la naturaleza del agujero negro y cómo interactúa con el disco de material.

#Midiendo la Rotación del Agujero Negro

La rotación de un agujero negro es una propiedad esencial que afecta su comportamiento. La rotación puede estimarse observando el radio interno del disco, particularmente en el estado blando. Durante la erupción de 2018, los estudios buscaron medir la rotación de MAXI J1820+070 usando diferentes modelos de ajuste.

Diferentes modelos, como el diskbb y el nkbb, proporcionaron estimaciones inconsistentes de la rotación del agujero negro. Sin embargo, ajustando las características de reflexión y modificando parámetros, se determinó un valor de rotación más consistente, mostrando los desafíos en medir con precisión estas propiedades astrofísicas.

#Conclusión

El estudio de MAXI J1820+070 durante su erupción de 2018 ha proporcionado información valiosa sobre el comportamiento de los agujeros negros. Al examinar de cerca diferentes estados, parámetros y relaciones, los científicos continúan aprendiendo sobre las complejas interacciones entre los agujeros negros y su entorno. Esta investigación contribuye a una comprensión más amplia del universo y de los extremos de los fenómenos físicos que ocurren dentro y alrededor de los agujeros negros. Más estudios arrojarán más luz sobre estos objetos enigmáticos y su papel en el cosmos.