Descubren que los chorros de materia que emiten los agujeros negros son "pesados"

Se sabe que los agujeros negros emiten chorros de materia relativista tanto en sistemas binarios, en los que orbitan junto con una estrella compañera, como en aquellos que se sitúan en los centros de las galaxias, en los llamados cuásares.

Estos chorros, también denominados jets, han sido estudiados durante décadas; pero todavía se desconoce su composición. Ahora, un trabajo publicado en Nature y liderado por investigadores de la Universidad de Barcelona, el Observatorio Europeo Austral (ESO) y la Universidad de Curtin (Australia), ha podido determinar la existencia de núcleos atómicos en el jet relativista proveniente del agujero negro del sistema binario 4U 1630-47.

"En este trabajo hemos hallado la composición de los jets relativistas emitidos desde los discos de los agujeros negros, aunque se necesitan más estudios para comprobar si estos resultados pueden extrapolarse a otras fuentes de jets relativistas", explica Simone Migliari, del Instituto de Ciencias del Cosmos de la UB (ICCUB), en la nota de prensa de la universidad.

Según el investigador, el estudio muestra que los jets relativistas "son jets pesados que contienen núcleos atómicos, más que jets ligeros (solo formados por electrones y positrones). Este descubrimiento", añade, "también implica que los jets pesados expulsan significativamente más energía del sistema binario de la que expulsaría un jet ligero".

Estos jets bariónicos, constituidos por materia pesada, son probablemente accionados por el disco de acreción (disco alrededor del objeto central) y no tanto por el movimiento de rotación del agujero negro.

"El hecho de que esta materia pesada se pueda acelerar hasta velocidades relativistas, implica que estos sistemas han de ser fuentes de rayos gamma y de emisión de neutrinos", concluye Migliari, actualmente investigador visitante en el Centro de Astrobiología (CAB) del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CSIC-INTA).

Velocidad de los jets

Los agujeros negros en sistemas binarios atrapan material de sus compañeros, formando así un disco de material que rota alrededor del agujero negro a una gran velocidad. Como consecuencia, la materia se comprime y se calienta lo suficiente como para emitir rayos X.

En el trabajo también se ha podido estimar la velocidad de los jets, que es de dos terceras partes la velocidad de la luz. Este dato se puede obtener midiendo el desplazamiento Doppler de las líneas de emisión de núcleos atómicos de hierro detectadas.

Las observaciones se realizaron en 2012 casi simultáneamente mediante dos tipos de instalaciones: por un lado, los telescopios XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA), que permitieron realizar observaciones en el rango de los rayos X, con el cual puede observarse el disco que rodea al agujero negro; por otro, el Australia Telescope Compact Array (ATCA), empleado para realizar observaciones en el rango del radio, lo que permite observar el jet relativista.

En cuanto al alcance del trabajo publicado en Nature, cabe subrayar que el 4U 1630-47 es un sistema binario típico, muy representativo de los agujeros negros de acreción en general; por lo que estos resultados pueden extrapolarse a otros sistemas similares.

Referencia bibliográfica:

María Díaz Trigo, James C. A. Miller-Jones, Simone Migliari, Jess W. Broderick, Tasso Tzioumis. Baryons in the relativistic jets of the stellar-mass black-hole candidate 4U 1630-47. Nature (2013). DOI: 10.1038/nature12672.