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Los Agujeros Negros al Alcance de los Aficionados

Los Agujeros Negros al Alcance de los Aficionados
Nuevos estudios revelan que los aficionados y sus telescopios son de gran ayuda para el estudio de los agujeros negros. Un Agujero Negro no es necesariamente "negro" todo el tiempo. Emiten chorros de masa y gas incandecente que son visibles desde un telescopio de aficionado.

La acreción de materia de los agujeros negros es una forma eficiente de convertir la masa en energía, mucho más que el proceso de la fusión nuclear que produce la luz de las estrellas. Pero a diferencia de la fusión, la física detrás de la acreción todavía no se entiende. Recientemente, se ha encontrado que la radiación visible que se emite en los alrededores del agujero negro oscila dramáticamente -a veces con regularidad, otras veces no- de una manera no predicha por la teoría. Estas oscilaciones se asociaron previamente con altos índices de materia que cae, pero los astrónomos informan que las oscilaciones observadas pueden ocurrir aun cuando la tasa de caída de materia es baja. La comprensión de este comportamiento podría ayudar a los astrónomos a entender mejor los episodios violentos de acreción hacia agujeros negros.


Los astrónomos estudiaron el agujero negro V404 Cygni, que está a 2,400 parsecs de la Tierra. La constelación del Cisne es una zona popular del cielo para especialistas de agujeros negro, ya que alberga varios, incluyendo algunas estrellas de neutrones. En junio de 2015, V404 Cygni se sometió a una acreción repentina de corta duración que se prolongó durante cerca de dos semanas, haciendo que brevemente se convirtiera en una de las fuentes de rayos X más brillantes más allá del Sistema Solar. La gravedad del agujero negro es lo suficientemente fuerte para despojar a la materia de la superficie de una estrella compañera en órbita, y la energía potencial de esta materia que cae se libera, en parte, como la radiación electromagnética observada.


Se piensa que la materia que cae es plasma magnetizado caliente. La imagen estándar de la acreción es que el plasma actúa como un fluido viscoso que espiralea hacia el agujero negro en forma de un disco, y que su energía se libera como resultado de la fricción en el disco. Cualquier plasma que no se puede acreer es expulsado en forma de una corriente estrecha rápida (un chorro) o como un viento que se escapa.


Si hay un equilibrio entre el plasma de acreción y las pérdidas de energía por fricción, la masa de acreción es constante. Pero naturalmente los cambios en la tasa de acreción pueden alterar este equilibrio y provocar una inestabilidad: los periodos de mayor acumulación son seguidos por períodos más tranquilos, después de lo cual el ciclo comienza de nuevo. Tal comportamiento se ha observado en otro sistema de agujero negro, GRS 1915 + 105 en la constelación de Aquila, que sufre altos niveles de acreción de masa. Varias clases de oscilación repetitiva se producen en este sistema, pero sólo en su emission de rayos X. Así se establecen paralelismos entre GRS 1915 + 105 y las oscilaciones de luz visible en V404 Cygni, pero hay una distinción crucial: estas últimas oscilaciones se producen a un ritmo mucho menor de acreción de masa. En otras palabras, el comportamiento repetitivo no está asociado estrictamente con episodios de alta acreción de masa.


V404 Cygni es un objeto importante de estudio por varias razones. Fue el primer objeto galáctico en determinarse su masa (nueve masas solares) firmemente colocado dentro del rango de masas asociadas con agujeros negros. Su distancia de la Tierra también se conoce con mayor precisión que los de otros agujeros negros. Por otra parte, se ve muy brillante cuando se acrece la materia, a pesar de estar velado en parte detrás de gas y polvo interestelar. En ausencia de este velo, V404 Cygni habría sido uno de los objetos visibles más brillantes en cielos oscuros a simple vista en junio de 2015. Debido a que V404 Cygni está tan bien caracterizado, los investigadores son capaces de proponer un mecanismo para explicar las oscilaciones de luz visible.


Los astrónomos sugieren que en sistemas como el de V404 Cygni y GRS 1915 + 105 hay un volumen relativamente grande de espacio entre la estrella compañera y el agujero negro, lo que permite la formación de un gran disco de acreción. Pero la materia de la estrella compañera es insuficiente para llenar un disco grande de este tipo con un flujo constante. Sin un flujo constante, la tasa de acreción se vuelve inestable y puede fluctuar violentamente. Estas fluctuaciones, a su vez, desencadenan emisiones oscilantes de fotones de rayos X energéticos cerca del agujero negro, que luego iluminan todo el disco con los pulsantes efectos visibles observados.


Los agujeros negros son impredecibles y algunos pueden oscilar por dos semanas o incluso por tiempos más cortos en duración, por lo que la coordinación a nivel mundial y la supervisión es esencial si queremos comprender la física de estos eventos extremos. Esto se vuelve especialmente mas difícil de coordinar con observaciones entre los telescopios espaciales y los de la Tierra. El estallido de V404 Cygni del año pasado vigorizó los esfuerzos de los astrónomos para hacer frente a estos retos, con al menos una conferencia dedicada exclusivamente a este tema. Astrónomos aficionados también pueden desempeñar un papel clave en este esfuerzo. Los astrónomos recopilaron datos de muchos telescopios pequeños, algunos con elementos ópticos de tan sólo 20 centímetros de diámetro, que muestran que, en la astronomía, el tamaño no es necesariamente lo que importa en la colaboración para ampliar el conocimiento.