Entre la “tormenta” y la “calma” en el disco de acreción del agujero negro del microcuásar GRS 1915+105

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Conocer los detalles de la acreción (el flujo) de materia hacia un agujero negro es clave para poder estar seguros de que hemos observado agujeros negros y no otros objetos compactos (como estrellas oscuras o casi-agujeros negros). En un agujero negro con un disco de acreción se observan dos chorros de materia diferentes. Por un lado un chorro lento de materia que es absorbido de la estrella para formar el propio disco de acreción y otro chorro rápido de materia transversal al propio disco de acreción. Muchos investigadores pensaban que la dinámica de ambos chorros estaba desacoplada. Neilsen y Lee estudiando el microcuásar GRS 1915 + 105 (un agujero negro de 14 masas solares que acreta materia de una estrella cercana) han descubierto que están fuertemente acoplados. La acreción de materia oscila entre dos estados, uno de alta luminosidad, baja tasa de acreción y un jet (chorro) de alta velocidad y otro de baja luminosidad, alta tasa de acreción y un jet mucho más lento. El chorro de materia transversal al disco de acreción compite con el chorro de materia que alimenta dicho disco, generando un comportamiento oscilatorio que nos muestra que la acreción es un fenómeno mucho más complejo de lo se pensaba. Nos lo cuenta Daniel Proga, “Astrophysics: Quiet is the new loud,” News and Views, Nature 458: 414-415, 26 March 2009 , haciéndose eco del artículo de Joseph Neilsen, Julia C. Lee, “Accretion disk winds as the jet suppression mechanism in the microquasar GRS 1915+105,” Nature 458: 481-484, 26 March 2009 .

GRS 1915+105 es un sistema binario formado por un agujero negro de 14 masas solares que acreta materia de una estrella de 0.8 masas solares que orbita al agujero negro cada 33.5 días. Es el primer microcuásar conocido de nuestra galaxia que presenta estados en los que aparecen chorros de materia transversales al disco de acreción superlumínicos. La curva de luz de este cuásar presenta al menos 14 clases distintas que representan diferentes estados del sistema binario. Neilsen y Lee han utilizado datos del Observador de Rayos X Chandra entre el 14 de abril de 2000 y el 14 de agosto de 2007. Este microcuásar presenta estados “tranquilos” (figura de la derecha), que presentan viento inonizado emitido por el propio disco de acreción sin un gran chorro que los acompañe y estados “fogosos” (figura de la izquierda), que presentan poco viento y un gran chorro transversal. Ambos fenómenos, según este estudio están fuertemente acoplados.

Se pensaba que todos los sistemas de agujeros negros que acretan materia eran similares, independientemente de su tamaño. En un extremo, los núcleos activos de galaxias, donde agujeros negros supermasivos acretan materia del núcleo de toda una galaxia formando los cuásares. En el otro extremo, los pequeños agujeros negros en estrellas binarias que se “tragan” la materia de una estrella binaria. Tanto los microcuásares como los grandesa cuásares se observan en diferentes estados en función del espector de rayos X que emiten. Los dos más importantes son un estado de alta energía, con rayos X “duros” y alta luminosidad y un estado de baja energía, con rayos X “blandos” y baja luminosidad. La mayoría de los cuásares se observan en uno de estos dos estados. Se cree que porque la escala de tiempo en la cambian entre estos estados es muy lento. Sin embargo, en los microcuásares esta escala de tiempo es mucho más corta (hasta 8 órdenes de magnitud más corta). De hecho, los microcuásares pasan por muchos estados “intermedios,” más de 14 estados en GRS 1915 + 105 .

La gran cuestión es entender la dinámica de la formación del disco de acreción y cómo se produce el gran chorro de materia transversal al agujero negro. Parece que la energía rotacional del disco se disipa y se convierte en calor que finalmente es radiado en forma del chorro. Pero los detalles no se conocen con precisión. Los chorros rápidos podrían ser producidos por la propia rotación del disco de acreción o por la rotación propia del agujero negro. En ambos casos este proceso implica grandes campos magnéticos. La sorpresa del trabajo de Neilsen y Lee es que la dinámica de GRS 1915 + 105 no requiere grandes campos magnéticos para ser comprendida. Basta con los “vientos” de materia del propio disco de acreción que tienen un papel mucho más importante de lo que se pensaba. ¿Son estos vientos los responsables de los grandes estados del microcuásar? No se sabe. ¿Son los responsables de que el gran chorro transversal esté muy colimado? Los autores de este artículo, contradeciendo ideas anteriores, creen que no. Han observado que tanto los vientos como el gran chorro compiten por el mismo material. Por lo que estos vientos no coliman el chorro sino más bien lo suprimen. Por ahora, la dinámica exacta de esta competencia es completamente desconocida. ¿Son los grandes campos magnéticos observados en muchos cuásares los causantes de estos vientes? Los autores creen que no, pero no están seguros.

En física la observación y el experimento son claves para que comprendamos la realidad que nos rodea. Las observaciones de Neilsen y Lee son desconcertantes para la mayoría de los expertos en discos de acreción. Se requerirán simulaciones numéricas en grandes ordenadores para poder entender la dinámica de los discos de acreción en detalle. Para validar estas simulaciones, las observaciones de Lee y Neilsen serán claves. La dinámica de los chorros más intensos de materia depende mucho de los vientos suaves en el propio disco de acreción.

PS: Noticia en Menéame Un errático agujero negro se regula a sí mismo (ING) y cómo no, la traducción al español del genial Kanijo.

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