Desde que se detectaron los primeros agujeros negros, uno de los grandes misterios ha sido entender su entorno inmediato y las características de las regiones que los rodean. Una de estas regiones, llamada la corona, es un área de plasma extremadamente caliente que emite radiación en forma de rayos X. Hasta ahora, la estructura de estas coronas no era bien conocida. Sin embargo, un nuevo estudio ha permitido mapear la forma de la corona de un agujero negro, utilizando técnicas de polarimetría de rayos X, lo que representa un avance significativo en la astrofísica. Nada que ver con los agujeros de la corona solar.
El artículo reciente publicado en The Astrophysical Journal analiza las observaciones realizadas con el Explorador de Polarimetría de Rayos X (IXPE). Este estudio comparó agujeros negros estelares y supermasivos, buscando similitudes en las propiedades de polarización de sus coronas. Los resultados sugieren que, a pesar de las diferencias en masa, la geometría de las coronas podría ser sorprendentemente similar, lo que ofrece nuevas pistas sobre los procesos de acreción en estos objetos extremos.
¿Qué es la corona de un agujero negro?
La corona es una región de plasma caliente que rodea al agujero negro, similar en nombre a la corona solar, pero muy distinta en su naturaleza y composición. Mientras que la corona solar está compuesta por gases ionizados del Sol, la corona de un agujero negro se forma por la interacción del gas del disco de acreción, que es calentado a temperaturas extremas por los procesos de acreción y emisión de radiación. Esta corona es responsable de la emisión de rayos X, que pueden ser detectados por telescopios especializados como el IXPE.
En el estado de alta energía, la corona domina la emisión de rayos X, mientras que en el estado blando, el disco de acreción emite más energía. La geometría de la corona ha sido objeto de debate durante décadas, con modelos que proponían formas de esferas compactas, estructuras planas como losas o la base de un jet relativista. Sin embargo, los datos recientes han permitido identificar una forma más precisa, lo que sugiere una estructura alargada y extendida.
Nuevas observaciones: el papel del IXPE
El IXPE, lanzado en 2021, es el primer telescopio capaz de medir la polarización de los rayos X con gran precisión. Esta capacidad ha permitido a los astrónomos obtener información sobre la geometría de la corona a partir de la dirección de polarización de la luz emitida. Según el artículo: “la polarización de los rayos X puede ser utilizada como una herramienta independiente para comprobar la similitud de los procesos de acreción en agujeros negros estelares y supermasivos”.
Las observaciones han revelado que tanto los agujeros negros estelares como los supermasivos presentan propiedades de polarización similares, especialmente en el estado de alta energía. Esto sugiere que, independientemente de la masa del agujero negro, la forma de la corona podría ser la misma, lo que apoya la hipótesis de una geometría común para estos objetos en este estado de acreción.
Cuál es entonces la geometría de las coronas de los agujeros negros
El descubrimiento de una geometría compartida entre diferentes tipos de agujeros negros tiene profundas implicaciones para la astrofísica. Si la forma de la corona es similar en agujeros negros estelares y supermasivos, esto indicaría que los procesos de acreción siguen reglas universales, independientemente del tamaño del agujero negro. Esta conclusión es respaldada por las observaciones de polarización, que muestran ángulos de polarización alineados con el eje del sistema en el estado duro.
Según los autores del estudio, “los resultados constituyen una evidencia preliminar de que los agujeros negros estelares y los supermasivos comparten una geometría de acreción común”. Este hallazgo es relevante porque permite utilizar datos de agujeros negros más cercanos y pequeños para inferir características de los supermasivos, que son más difíciles de estudiar debido a su distancia y tamaño.
El análisis polarimétrico de los agujeros negros, tanto en aquellos donde se observa directamente la emisión como en aquellos donde esta está bloqueada por material circundante, sugiere una geometría extendida de la corona a lo largo del plano del disco de acreción. Cuando la emisión es visible, el ángulo de polarización indica que la corona se alinea con el plano del disco, orientando el vector de polarización perpendicular a este plano y paralelo al eje de simetría del sistema, apuntando verticalmente. Por otro lado, cuando la emisión está obstruida por un toro de gas, los fotones dispersos muestran que, si este toro se extiende en dirección vertical, el ángulo de polarización se alinea perpendicular al eje del sistema, con el vector de polarización apuntando hacia fuera del plano de la imagen.
Referencias
- Saade, M. L., Kaaret, P., Liodakis, I., & Ehlert, S. R. (2024). A Comparison of the X-Ray Polarimetric Properties of Stellar and Supermassive Black Holes. The Astrophysical Journal, 974(101). https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad73a3
Cortesía de Muy Interesante
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