Nuevas ideas del estallido de MAXI J1820+070

Un Binario de rayos X de agujero negro (BHXRB) es un sistema que incluye un agujero negro y una estrella normal, que emite un montón de radiación, principalmente en el rango de rayos X. En estos sistemas, la fuerte atracción gravitacional del agujero negro arrastra gas de la estrella, creando un disco de material que espiraliza hacia el agujero negro. Este disco se comporta como un embudo, donde la materia se mueve hacia adentro por la fricción y la gravedad.

Recientemente, las observaciones de un binario de rayos X de agujero negro específico conocido como MAXI J1820+070 han brindado información sobre cómo se comportan estos sistemas, especialmente durante las erupciones. Estas erupciones son cuando la cantidad de material que cae en el agujero negro aumenta significativamente, lo que resulta en destellos brillantes de radiación de rayos X junto con señales de radio y ópticas.

#Qué Pasó Durante la Erupción de 2018

MAXI J1820+070 llamó la atención durante su erupción en marzo de 2018. Los científicos monitorizaron este evento usando varios telescopios que capturan diferentes tipos de luz. Esto incluyó observaciones de rayos X de un instrumento que puede ver un amplio rango de niveles de energía de rayos X, así como el seguimiento de su brillo en los rangos óptico y de radio.

Las observaciones mostraron que durante esta erupción, había retrasos entre los diferentes tipos de radiación emitidos. Por ejemplo, se encontró que las señales de radio se retrasaron respecto a las señales de rayos X por unos 8 días, mientras que las señales ópticas se retrasaron respecto a las emisiones de radio por unos 17 días. Estos retrasos sugieren que diferentes procesos están en juego cuando el material es arrastrado hacia el agujero negro y cómo este interactúa con el material circundante.

#El Papel de los Campos Magnéticos

Uno de los conceptos clave involucrados en estas observaciones es el comportamiento de los campos magnéticos alrededor del agujero negro. Cuando el material cae en un agujero negro, arrastra junto a él campos magnéticos que pueden comprimirse y intensificarse. Si los campos magnéticos se vuelven lo suficientemente fuertes, podrían evitar que más material caiga. Esto se conoce como un disco magnéticamente arrestado (MAD).

En esta situación, los fuertes campos magnéticos crean una especie de barrera, ralentizando o deteniendo el flujo de material hacia el agujero negro. Esto puede llevar a un aumento en el brillo de rayos X emitidos. Es un poco como cuando una presa retiene agua: a medida que aumenta la presión del agua, eventualmente puede fluir por encima o alrededor de la presa, pero si la presa es lo suficientemente sólida, ese flujo puede detenerse.

#Observaciones de Señales de Rayos X, Radio y Ópticas

Durante la erupción de 2018, los científicos recopilaron datos de diferentes tipos de telescopios. El telescopio de rayos X registró emisiones de alta energía del agujero negro, mientras que los telescopios de radio captaron las señales de radio retrasadas. Al mismo tiempo, los telescopios ópticos rastrearon los cambios de brillo en la luz visible.

El análisis de las señales mostró patrones claros. Las Emisiones de rayos X, particularmente durante las llamaradas, proporcionan información crucial sobre la temperatura y el comportamiento del disco interno. Las emisiones de radio nos cuentan sobre los Jets producidos cerca del agujero negro, mientras que las observaciones ópticas dan una idea de la estructura y dinámica del disco externo.

#Retrasos de Tiempo Explicados

Los significativos retrasos observados entre las señales de rayos X, radio y ópticas se pueden explicar por los diferentes procesos que ocurren en el disco. Cuando ocurre una llamarada en las emisiones de rayos X, llega a las partes externas del disco y las calienta. Este calentamiento puede llevar a cambios en la viscosidad del material del disco, lo que impacta qué tan rápido puede moverse y dar lugar a más emisiones.

En el caso de las señales de radio, su retraso indica que provienen de un jet compuesto de material que se está empujando lejos del agujero negro. La formación del jet está influenciada por los campos magnéticos que se fortalecen debido al material entrante. Por lo tanto, las llamaradas de radio aparecen después de las de rayos X.

El mayor retraso de las señales ópticas indica que los efectos térmicos causados por las emisiones de rayos X tardan más en crear cambios detectables en la luz visible debido a la estructura y dinámica del disco externo.

#El Entorno del Agujero Negro

En el caso de MAXI J1820+070, se encuentra a aproximadamente 2.96 kiloparsecs de distancia. Su período orbital, el tiempo que tarda la estrella en girar alrededor del agujero negro, es de aproximadamente 16.5 horas. En términos más simples, esto significa que el agujero negro y su estrella compañera están atrapados en un baile cercano el uno con el otro.

Cuando ocurrió la erupción, atrajo la atención significativa de los científicos debido a la cantidad de energía que se estaba produciendo. La energía de los rayos X puede alcanzar niveles mucho más altos de lo que se ve normalmente, indicando que algo dramático está sucediendo en el sistema.

#El Ciclo de Erupciones

Este sistema de agujero negro muestra un patrón conocido como erupciones y quietud. Durante la quietud, se acumula una cantidad significativa de material en un disco frío y delgado que rodea el agujero negro. En ciertos momentos, las condiciones se vuelven adecuadas para que ocurra una erupción. Esto a menudo es provocado por cambios en la temperatura que causan inestabilidad en el material del disco.

A medida que el disco se calienta, puede llevar a cambios rápidos, creando destellos brillantes de rayos X mientras el material es canalizado hacia el agujero negro. Después de cierto tiempo, el brillo comenzará a desvanecerse a medida que el disco se vacía, llevando al sistema de regreso a un estado de quietud.

#La Complejidad del Comportamiento de los Agujeros Negros

El comportamiento de los agujeros negros y sus estrellas compañeras es complejo e involucra muchos procesos físicos. Por ejemplo, los agujeros negros exhiben diferentes estados, como el estado duro y el estado blando. En el estado duro, las emisiones de rayos X son de mayor energía, mientras que en el estado blando, las emisiones están compuestas de rayos X de menor energía e indican cambios significativos en el entorno alrededor del agujero negro.

La transición entre estos estados puede estar acompañada de llamaradas en rayos X, que luego son detectadas en otros longitudes de onda. Los mecanismos físicos detrás de estas transiciones todavía son un tema de intensa investigación, mientras los científicos intentan desenredar los diversos procesos que ocurren en estos entornos extremos.

#La Importancia de las Observaciones Multidimensionales

Al observar MAXI J1820+070 a través de diferentes longitudes de onda, los científicos pueden obtener una mejor comprensión de cómo operan los agujeros negros y cómo influyen en su entorno. Cada tipo de observación proporciona perspectivas particulares:

• Observaciones de Rayos X: Estas revelan procesos de alta energía que ocurren cerca del agujero negro y dan información sobre las condiciones en el disco interno.
• Observaciones de Radio: Proporcionan pistas sobre los jets y cómo se estructuran los campos magnéticos alrededor del agujero negro, especialmente durante las erupciones.
• Observaciones Ópticas: Ayudan a entender la estructura más amplia del disco y los procesos térmicos que ocurren a mayores distancias del agujero negro.

La combinación de estas observaciones permite a los científicos armar un cuadro más completo de la influencia del agujero negro sobre la estrella y la estructura del disco.

#El Futuro de la Investigación sobre Agujeros Negros

A medida que la tecnología avanza, nuevos telescopios e instrumentos permitirán estudios más detallados de agujeros negros y sus comportamientos. La investigación futura probablemente se centrará en recopilar más datos durante las erupciones y entender los procesos que llevan a la formación de jets y otros fenómenos.

Con las observaciones continuas, los investigadores esperan desarrollar mejores modelos para explicar cómo los agujeros negros interactúan con su entorno. Buscan responder preguntas fundamentales sobre el comportamiento de la materia y la energía en condiciones extremas, contribuyendo a nuestro entendimiento del universo.

#Conclusión

El estudio de binarios de rayos X de agujeros negros como MAXI J1820+070 ofrece perspectivas únicas sobre la naturaleza de los agujeros negros y sus efectos sobre las estrellas cercanas. A través de una cuidadosa observación de diferentes fuentes de luz, los científicos pueden unir las interacciones complejas que ocurren en estos sistemas fascinantes. A medida que más datos estén disponibles y nuestra comprensión evolucione, los secretos de los agujeros negros se revelarán lentamente, enriqueciendo nuestro conocimiento del cosmos.