El Instituto de Astrofísica de Canarias descubre por qué un agujero negro puede iluminar más cuando empieza a apagarse
¿Es posible que un agujero negro puede iluminar más algunas partes de su entorno incluso cuando su brillo está disminuyendo? Esta pregunta que podría entenderse como una contradicción ha sido explicada gracias a una investigación liderada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que ha descubierto que los cambios en la forma del disco de materia que rodea a estos agujeros negros pueden alterar la distribución de la radiación. Por lo tanto, los discos de acreción pueden modificar su estructura en condiciones menos extremas de lo que se pensaba.
El estudio, publicado en la revista científica Nature Astronomy y encabezado por la investigadora Montserrat Armas Padilla, se centra en MAXI J0637−430, un sistema binario formado por un agujero negro y una estrella compañera. En estos sistemas, el agujero negro atrae materia de la estrella, que se acumula formando un disco antes de atravesar el horizonte de sucesos, el límite a partir del cual nada puede escapar.
Las regiones más próximas al agujero negro llegan a temperaturas extraordinariamente elevadas y emiten principalmente rayos X. Por su parte, las zonas exteriores del disco son más frías y pueden estudiarse mediante luz visible e infrarroja. Ocasionalmente, estos sistemas experimentan grandes erupciones durante las cuales aumenta drásticamente la cantidad de materia que cae hacia el agujero negro y su luminosidad puede multiplicarse millones de veces.
Su comportamiento sorprendió a los cientificos
MAXI J0637−430 fue descubierto durante uno de estos episodios de intensa actividad. Sin embargo, la sorpresa llegó cuando la erupción comenzó a debilitarse. Los investigadores esperaban que, al disminuir la emisión de rayos X, las partes exteriores del disco recibieran progresivamente menos radiación. Las observaciones mostraron exactamente lo contrario: el disco exterior parecía estar más caliente y fuertemente irradiado.
“Fue una sorpresa. Era justo lo contrario de lo que esperábamos”, reconoce Montserrat Armas Padilla, autora principal del trabajo. La investigadora explica que, si la fuente de rayos X estaba perdiendo intensidad, lo lógico habría sido encontrar una disminución de la radiación recibida por las regiones alejadas del agujero negro.
Los científicos llegaron a esta conclusión mediante observaciones realizadas con X-shooter, un instrumento del Very Large Telescope (VLT). Durante el momento de máximo brillo, el espectro mostraba intensas líneas de hidrógeno y helio, características de un disco exterior relativamente frío y poco irradiado.
Sin embargo, apenas dos semanas después, cuando la luminosidad en rayos X se había reducido aproximadamente a la mitad, esas líneas prácticamente habían desaparecido. El nuevo espectro indicaba que las regiones exteriores estaban recibiendo una irradiación mucho mayor de la esperada.
La sombra que produce es la clave
La clave del fenómeno se encuentra en los cambios de grosor de la parte interna del disco de acreción. Durante la fase más luminosa de la erupción, la intensa presión de radiación hace que esta región se hinche y aumente su altura. De esta manera, actúa como una pantalla que bloquea parte de los rayos X y proyecta una sombra sobre las zonas exteriores, manteniéndolas relativamente frías.
Cuando la erupción pierde intensidad, también disminuye la presión de radiación y el disco interno vuelve a hacerse más fino. Al desaparecer la sombra, los rayos X pueden alcanzar regiones que antes permanecían protegidas. De esta forma, aunque el sistema emita menos energía, determinadas zonas reciben una mayor cantidad de radiación.
“Es como bajar la intensidad de una lámpara y, al mismo tiempo, retirar la pantalla que la cubre: aunque la bombilla emita menos luz, una zona que antes estaba en sombra queda más iluminada”, explica Teo Muñoz-Darias, investigador del IAC y coautor del artículo.
El descubrimiento permite comprender mejor cómo evoluciona la estructura de los discos de acreción y demuestra que la cantidad de radiación que recibe una región no depende únicamente del brillo del sistema, sino también de la forma de la materia que rodea al agujero negro.