Nuevas observaciones del agujero negro MAXI J1803 298

El 1 de mayo de 2021, se descubrió que un binario de Rayos X de agujero negro llamado MAXI J1803 298 estaba activo después de haber estado callado por mucho tiempo. Este descubrimiento se dio cuando el sistema experimentó un aumento repentino en el brillo, conocido como un estallido. A medida que se volvía más brillante, los científicos observaron comportamientos interesantes, como caídas periódicas en el brillo y cambios en los tipos de rayos X que emitía. Estos cambios sugieren que el agujero negro estaba en un estado duro, que es una de las formas en que los Agujeros Negros pueden atraer materia.

Cerca del pico de su estallido, los científicos realizaron una observación especial para recopilar más información sobre este agujero negro usando un telescopio llamado NuSTAR. Esta observación comenzó el 13 de mayo de 2021, cuando el sistema había entrado en un estado intermedio, que está entre los estados duro y blando. MAXI J1803 298 mostró diferentes niveles de brillo durante este tiempo, y los científicos analizaron los datos para entender mejor estos cambios.

Durante la observación, los científicos encontraron dos señales posibles llamadas Oscilaciones cuasi-periódicas (QPOs) en los patrones de brillo de rayos X. Estas señales solo se vieron cuando el brillo era más bajo, lo que sugiere que estaban relacionadas con cómo el agujero negro estaba atrayendo materia. Midieron estas señales a frecuencias específicas, lo que indicó que no eran simplemente múltiplos entre sí.

Además de las oscilaciones, detectaron señales claras de reflexión en la luz de rayos X que venía del agujero negro. Al estudiar cómo se reflejaba la luz, esperaban aprender más sobre el disco de material que rodea al agujero negro. Esta reflexión ayuda a los científicos a entender la forma y estructura de ese disco, y cómo el agujero negro interactúa con él.

Usando varios modelos para analizar la luz reflejada, los investigadores encontraron fuertes indicios de que el agujero negro gira muy rápido y que el ángulo del disco es de aproximadamente 75 grados. También notaron una característica de absorción en el espectro de rayos X, que podría sugerir la presencia de un viento que viene del disco de material.

#La naturaleza de los binarios de rayos X de agujeros negros

Los binarios de rayos X de agujeros negros son sistemas donde un agujero negro atrae material de una estrella compañera cercana. Cuando el material cae en el agujero negro, se calienta y emite rayos X, que podemos observar. Hay muchos binarios de rayos X de agujeros negros conocidos en nuestra galaxia, pero puede haber muchos más que existan y permanezcan ocultos cuando no están atrayendo activamente materia.

Estos sistemas a menudo se descubren durante estallidos, que ocurren cuando la tasa de alimentación del agujero negro aumenta repentinamente. El brillo del sistema puede aumentar drásticamente, facilitando su detección. Durante un estallido, un agujero negro puede pasar por varios estados, cada uno caracterizado por diferentes patrones de luz emitida.

Típicamente, estas transiciones comienzan en un estado duro, donde los rayos X emitidos son principalmente una ley de potencias, y se piensa que el disco está truncado a cierta distancia del agujero negro. A medida que el estallido continúa, el sistema a menudo transita a un estado intermedio, donde están presentes tanto los rayos X duros como la radiación térmica del disco. Finalmente, el sistema puede entrar en un estado blando, dominado completamente por la radiación térmica.

#Observaciones de MAXI J1803 298

MAXI J1803 298 tuvo un estallido significativo que comenzó en mayo de 2021. Las observaciones iniciales indicaron que estaba en un estado duro. A medida que el estallido progresaba, el sistema se movió a un estado intermedio, que continuó aumentando en brillo hasta que alcanzó su pico el 16 de mayo.

Durante su actividad máxima, los científicos utilizaron NuSTAR para reunir datos durante un período de unos dos días. Los datos recopilados incluyeron curvas de luz, que muestran cómo cambió el brillo con el tiempo, y análisis espectrales, que revelan los diferentes tipos de rayos X emitidos.

La curva de luz indicó períodos de alta y baja flujo, y los científicos se centraron en analizar los datos de la observación con la tasa de conteo más alta. Al dividir los datos en intervalos de alto y bajo flujo, esperaban ver cómo cambiaba el comportamiento del agujero negro con el brillo.

#Variabilidad y análisis de tiempos

El análisis de tiempos reveló que MAXI J1803 mostró variabilidad limitada en cortos períodos. Los científicos calcularon un espectro de densidad de potencia (PDS) para ambos intervalos de alto y bajo flujo. El análisis indicó que el intervalo de bajo flujo mostró dos posibles QPOs, observados como picos distintos en el espectro.

Estos QPOs sugieren una especie de comportamiento rítmico en el sistema del agujero negro, que se piensa está relacionado con la dinámica del material que cae en el agujero negro. Aunque las señales no fueron muy pronunciadas, su presencia es significativa e indica actividad en el sistema.

Antes de las observaciones de NuSTAR, otros instrumentos habían detectado un QPO tipo C en MAXI J1803, que evolucionó en frecuencia a medida que el sistema cambiaba de estado. Los investigadores también notaron que los QPOs que detectaron en los segmentos de bajo flujo podrían estar relacionados con un QPO tipo B, que tiene características observadas en otros sistemas similares.

#Análisis espectral y modelado de reflexión

El siguiente paso en el análisis fue interpretar el espectro de rayos X de MAXI J1803. Los investigadores comenzaron ajustando el espectro con un modelo básico que combinaba diferentes fuentes de luz. Sin embargo, este modelo no se ajustó bien a los datos, particularmente en la región alrededor de 6-7 keV, donde esperaban ver características de reflexión.

Para tener en cuenta la reflexión del disco, usaron modelos más complejos que incluían los efectos del movimiento relativista cerca del agujero negro. Estos modelos permiten a los científicos analizar cómo las propiedades del disco influyen en la luz emitida.

Los resultados mostraron que el espectro incluye una característica de línea de hierro amplia, que es un sello distintivo de la reflexión. Los investigadores probaron diferentes versiones de los modelos de reflexión para ver cuál proporcionaba el mejor ajuste a los datos. Encontraron que los modelos de reflexión de alta densidad ofrecían mejores resultados, lo que sugiere que las condiciones en el Disco de Acreción podrían ser bastante diferentes de lo que se supone típicamente.

#La importancia del giro del agujero negro y la geometría de acreción

Un aspecto importante de estudiar agujeros negros es entender su giro, ya que puede proporcionar información sobre su formación y evolución. El giro de un agujero negro afecta el borde interno del disco de acreción y, por lo tanto, la luz resultante que observamos. Al medir las propiedades de la luz reflejada, los científicos pueden estimar el giro y otros parámetros geométricos del sistema.

En su modelado, los investigadores encontraron evidencia que sugiere que MAXI J1803 tiene un agujero negro de giro rápido. Además, establecieron que la inclinación del disco es alta, consistente con observaciones previas de disminuciones de absorción en la curva de luz.

Los resultados indicaron que el disco de acreción se extiende cerca del agujero negro, pero no tan cerca como para que la luz esté muy oscurecida. Esta información es vital para entender la naturaleza fundamental de los sistemas de agujeros negros y cómo interactúan con su entorno.

#Vientos y flujos potenciales del disco

En su análisis, los investigadores también detectaron una característica de absorción estrecha, probablemente vinculada a un viento del disco. Los Vientos del disco ocurren cuando el material es expulsado del disco de acreción. Estos vientos pueden proporcionar pistas vitales sobre las condiciones físicas presentes en la vecindad del agujero negro.

La línea de absorción observada indicó un material saliente significativo, potencialmente debido al entorno de alta energía alrededor del agujero negro. Es probable que el viento tenga altas velocidades, lo que indica dinámicas fuertes en juego.

La investigación de los vientos del disco mejora nuestro conocimiento de cómo los agujeros negros pueden influir en su entorno, y cómo el material no solo es atraído, sino también expulsado. Las observaciones desde diferentes perspectivas ayudan a construir una imagen más clara de los drásticos procesos que ocurren en estos poderosos sistemas.

#Conclusión

El estudio de MAXI J1803 298 proporciona información importante sobre la naturaleza de los binarios de rayos X de agujeros negros. Los hallazgos sugieren un agujero negro que gira rápidamente dentro de un disco de acreción de alta densidad. La presencia de posibles señales de QPO indica un comportamiento dinámico dentro del sistema, mientras que el análisis de reflexión revela el funcionamiento interno del disco de acreción.

Además, la posible detección de un viento del disco resalta las complejas interacciones entre el agujero negro y su entorno. A medida que los científicos continúan estudiando agujeros negros como MAXI J1803, recopilan más información sobre estos fascinantes sistemas, contribuyendo a nuestra comprensión del universo y sus procesos fundamentales.

La investigación continua sobre sistemas de agujeros negros sigue siendo crítica, ya que mejora nuestra comprensión de fenómenos cósmicos y ayuda a aclarar cómo los agujeros negros afectan la evolución de estrellas, galaxias y el propio universo.