Esta imagen contiene un asombroso conjunto de anillos alrededor de un agujero negro, tomada con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Observatorio Swift de Neil Gehrell. Las imágenes de rayos X de los anillos gigantes revelan información sobre el polvo en nuestra galaxia, utilizando un principio similar a los rayos X realizados en consultorios médicos y aeropuertos.

El agujero negro es parte de un sistema binario llamado V404 Cygni, ubicado alrededor del 7800 años luz lejos de la tierra. El agujero negro aleja el material de la estrella compañera, aproximadamente la mitad de la masa del Sol, en un disco alrededor del objeto invisible. Este material brilla en rayos X, por lo que los astrónomos se refieren a estos sistemas como “binarios de rayos X”.

El 5 de junio de 2015, Swift detectó una onda de rayos X de V404 Cygni. La explosión creó episodios de alta energía de un fenómeno conocido como ecos de luz. En lugar de ondas de sonido que rebotan en la pared del valle, se produjo un eco de luz alrededor de V404 Cygni cuando una onda de rayos X rebotó en el sistema de agujeros negros. polvo Remolque entre el V404 Cygni y el suelo. El polvo cósmico no es como el polvo doméstico, se parece más al humo y está formado por pequeñas partículas sólidas.

En esta imagen compuesta, los rayos X de Chandra (en azul claro) se han combinado con datos ópticos del telescopio Pan-STARRS en Hawai que muestran estrellas en el campo de visión. La imagen contiene ocho anillos concéntricos separados. Cada anillo es creado por rayos X de las llamaradas V404 Cygni observadas en 2015 que reflejan diferentes nubes de polvo. (La ilustración del artista muestra cómo se produjeron los episodios del reloj Chandra y Swift. Para simplificar el dibujo, la ilustración muestra solo cuatro episodios en lugar de ocho).

Un equipo de investigadores dirigido por Sebastian Heinz de la Universidad de Wisconsin en Madison analizó 50 observaciones rápidas del sistema realizadas en 2015 entre el 30 de junio y el 25 de agosto, y las observaciones de Chandra el 11 y 25 de julio de 2015. Este fue un evento brillante. Que los operadores de Chandra colocaron deliberadamente V404 Cygni entre los detectores para que otra explosión brillante no dañara el dispositivo.

Los anillos informan a los astrónomos no solo sobre el comportamiento del agujero negro, sino también sobre el paisaje entre V404 Cygni y la Tierra. Por ejemplo, el diámetro de los anillos en los rayos X revela las distancias de las nubes de polvo intermedias que emiten luz. Si la nube está más cerca del suelo, el anillo parece más grande y viceversa. Los ecos de luz aparecen como anillos estrechos en lugar de anillos o halos anchos porque el estallido de rayos X duró solo un período de tiempo relativamente corto.

Los investigadores también utilizaron los anillos para examinar las propiedades de las propias nubes de polvo. Compararon los espectros de rayos X (el brillo de los rayos X en un rango de longitudes de onda) con modelos informáticos de polvo de diferentes composiciones. Las diferentes composiciones del polvo absorberán diferentes cantidades de rayos X de baja energía y evitarán que se detecten con Chandra. Este es un principio similar a cómo diferentes partes de nuestro cuerpo o nuestro equipaje absorben diferentes cantidades de rayos X, dando información sobre su estructura y composición.

El equipo determinó que el polvo probablemente contenía una mezcla de granos de grafito y silicato. Además, al analizar los anillos internos con Chandra, encuentran que las densidades de las nubes de polvo no son uniformes en todas las direcciones. Estudios anteriores asumieron que no.

Un artículo de investigación que describe los resultados de V404 Cygni se publicó en la edición del 1 de julio de 2016 de The Astrophysical Journal (versión preliminar). Los autores del estudio son Sebastian Heinz, Lea Corrales (Universidad de Michigan); Randall Smith (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian); Neil Brandt (Universidad de Penn State); Peter Juncker (Instituto de Investigaciones Espaciales de los Países Bajos); Richard Plotkin (Universidad de Nevada, Reno); y Joy Nelson (Universidad de Villanova).

Este hallazgo se correlaciona con un descubrimiento similar del binario de rayos X Circinus X-1, que contiene una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro, publicado en una investigación en la edición del 20 de junio de 2015 de The Diario astrofísico, titulado “El Señor de los Anillos: Distancia cinética al Circinus X-1 desde el eco de la luz de rayos X gigante” (versión preliminar). Este estudio también fue dirigido por Sebastian Heinz.

Se han publicado varios artículos de investigación cada año que informan estudios sobre el estallido de V404 Cygni en 2015 que causó estos episodios. Las erupciones anteriores se registraron en 1938, 1956 y 1989, por lo que los astrónomos aún pueden tener muchos años para seguir analizando las erupciones de 2015.