Estudiando los Jets de Agujeros Negros en el Espacio

Los agujeros negros son objetos fascinantes en el espacio que se forman cuando estrellas masivas colapsan bajo su propia gravedad. Un aspecto interesante de los agujeros negros es su capacidad para atraer materia de estrellas cercanas, lo que lleva a la formación de estructuras llamadas chorros. Estos chorros son flujos de partículas expulsadas a altas velocidades desde la región alrededor del agujero negro. En este artículo, vamos a ver dos agujeros negros específicos, MAXI J1820+070 y V404 Cygni, para entender más sobre sus chorros y cómo medimos sus tamaños.

#¿Qué Son los Binarios de Agujeros Negros de Rayos X?

Los binarios de agujeros negros de rayos X (BHXRBs) son sistemas donde un agujero negro orbita una estrella compañera. Cuando el agujero negro atrae gas y polvo de esta estrella, forma un disco a su alrededor. Este disco se calienta mucho a medida que la materia se espiraliza, emitiendo rayos X fuertes. Dependiendo de la cantidad de materia que se esté atraíendo, estos sistemas pueden cambiar entre diferentes estados. Los dos estados principales se llaman "duro" y "blando".

En el estado duro, la luz de rayos X es brillante, y el chorro producido es compacto, lo que significa que tiene un tamaño más pequeño. En cambio, el estado blando es más brillante en luz óptica con un espectro diferente, y la estructura del chorro puede cambiar significativamente.

#Observaciones de Chorros

Usando una técnica especial llamada Interferometría de Muy Larga Base (VLBI), los científicos pueden tomar fotos de estos chorros. VLBI implica combinar datos de múltiples telescopios de radio distribuidos en grandes distancias para crear imágenes de muy alta resolución. Al hacer observaciones en diferentes frecuencias de radio, podemos estudiar cómo cambia la posición del núcleo del chorro con la frecuencia. Este cambio se conoce como "desplazamiento del núcleo" y puede informarnos sobre el tamaño del chorro.

Para MAXI J1820+070, tomamos mediciones entre dos frecuencias, 15 GHz y 5 GHz, mientras que para V404 Cygni, las mediciones se tomaron entre diferentes frecuencias que no fueron especificadas. Al comparar estas mediciones, podemos estimar el tamaño del chorro.

#Medición del Tamaño del Chorro

Para MAXI J1820+070, nuestros hallazgos mostraron que el tamaño del chorro estaba limitado a un valor superior. Este límite indica el tamaño máximo que podría tener basado en los datos que observamos. Cuando comparamos esto con estudios anteriores realizados bajo diferentes condiciones, encontramos que los tamaños varían. En el estado de alta luminosidad, el chorro parece ser más grande que lo que vemos en el estado bajo-duro que estamos estudiando.

De manera similar, para V404 Cygni, también establecimos un límite superior en el tamaño del chorro basado en sus emisiones de radio. Sin embargo, las mediciones se complicaron debido a varios factores, incluida la movida de las regiones emisoras de radio a lo largo del eje del chorro.

#El Impacto de la Profundidad Óptica

Al estudiar chorros, tenemos que tener en cuenta algo llamado profundidad óptica. Este concepto se relaciona con cuánto se absorbe o dispersa la luz del chorro mientras viaja a través del espacio. En los chorros del estado duro, vemos las emisiones de radio que provienen de diferentes partes del chorro, y dependiendo de la frecuencia que observamos, estas emisiones pueden parecer venir de diferentes posiciones. Aquí es donde podemos observar el desplazamiento del núcleo.

A medida que cambia la frecuencia de nuestras observaciones, podemos ver que la posición del núcleo del chorro se mueve. Esto tiene implicaciones importantes cuando se trata de astrometría, que es la medición de las posiciones y movimientos de objetos en el espacio. Entender cómo este desplazamiento del núcleo afecta nuestras mediciones nos permite estimar mejor el tamaño real de los chorros de estos agujeros negros.

#Mediciones Previas y Tensión con Gaia

En estudios anteriores, se observó una discrepancia entre las mediciones de Paralaje de radio obtenidas de VLBI y las mediciones de paralaje óptico del satélite Gaia. Estas diferencias plantearon dudas sobre la precisión de la astrometría. Al examinar el agujero negro V404 Cygni, se notó que había una ligera tensión entre las mediciones de paralaje obtenidas por diferentes métodos. Parte de la explicación podría estar en los cambios rápidos observados en la región del chorro durante los estallidos, ya que esto podría afectar tanto las mediciones de radio como las ópticas.

Para aclarar estas discrepancias, nos enfocamos en determinar el impacto del movimiento del chorro a lo largo del eje de los agujeros negros. Este movimiento podría introducir errores sistemáticos en las mediciones. Al investigar cómo se comportan los chorros durante diferentes estados, buscamos establecer si las observaciones anteriores fueron influenciadas por este movimiento.

#El Estudio de MAXI J1820+070

MAXI J1820+070 fue identificado por primera vez durante un estallido en 2018, y desde entonces ha demostrado ser un objeto de estudio interesante. Se confirmó que alberga un agujero negro con una masa específica. Durante su transición entre estados, se observaron varias eyecciones bipolares a lo largo del eje del chorro. Lo más importante es que nuestras mediciones astrométricas lograron proporcionar un paralaje de radio para MAXI J1820+070, mostrando qué tan lejos está de la Tierra.

Los resultados de nuestras observaciones encontraron un límite superior para el tamaño del chorro, que es significativamente más pequeño que los hallazgos anteriores de estudios realizados durante estados de alta luminosidad. Esto sugiere que el tamaño del chorro puede cambiar dependiendo de su luminosidad.

#El Estudio de V404 Cygni

V404 Cygni también contiene un agujero negro y tiene una alta luminosidad de radio. Las observaciones de este sistema revelaron una fuerte correlación entre las mediciones residuales tomadas de VLBI y la posición esperada del objeto. Esta correlación indicó que errores sistemáticos probablemente estaban afectando nuestras mediciones.

Al igual que con MAXI J1820+070, nuestras mediciones nos permitieron estimar un límite superior en el tamaño del chorro. Sin embargo, debido a la naturaleza compleja de las observaciones y la influencia de las fuentes de referencia de fase, no pudimos determinar con precisión la contribución del desplazamiento del núcleo en nuestros resultados.

#La Importancia de los Estudios de Chorros

Los estudios de chorros de agujeros negros brindan información sobre el funcionamiento de estos ambientes extremos. Observar el comportamiento de los chorros permite a los investigadores examinar cómo los agujeros negros interactúan con su entorno y las características del material que se expulsa.

A medida que seguimos explorando y estudiando diferentes chorros usando VLBI y otros métodos, podemos mejorar nuestra comprensión de los agujeros negros, cómo forman chorros y cómo se comportan estos chorros en diferentes estados.

#Conclusión

En resumen, el estudio de los tamaños de los chorros en binarios de agujeros negros de rayos X como MAXI J1820+070 y V404 Cygni ha revelado información fascinante sobre la dinámica de estos sistemas. Al combinar múltiples observaciones y refinar nuestros modelos, podemos obtener una comprensión más clara del comportamiento de los chorros y su relación con los agujeros negros de los que emergen.

A medida que mejoren las observaciones futuras, esperamos aclarar las discrepancias entre los diferentes métodos de medición y asegurar una comprensión más profunda de las complejidades que rodean los chorros de agujeros negros y sus interacciones con el universo.