Los agujeros negros son regiones del espacio tiempo cuya curvatura es tan grande que nada de lo que ingresa puede escapar, ni siquiera la luz que es lo que viaja a mayor velocidad en el Universo. También se los puede describir como objetos astrofísicos que están caracterizados completamente por su masa, carga eléctrica y rotación. Pueden tener masas comparables a la de una estrella (varias veces la masa del Sol), en cuyo caso se trata de agujeros negros de masa estelar. También pueden ser súper masivos y tener una masa equivalente a millones, centenas de millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol.
En este sentido, Leandro Abaroa, Gustavo Esteban Romero y Pablo Sotomayor, astrofísicos del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) y de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata, mostraron que en algunos sistemas binarios compuestos por un agujero negro y una estrella puede darse la colisión entre los vientos expulsados por cada uno de los objetos, y que en este choque las partículas pueden ganar mucha energía.
En el trabajo publicado recientemente en la revista Astronomy & Astrophysics, los autores también concluyeron que la energía almacenada puede ser radiada posteriormente produciendo una distribución espectral que va desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.
Vale remarcar que los agujeros negros estelares pueden formar sistemas binarios con una estrella, donde ambos objetos orbitan en torno al centro de masa común. En estos sistemas la estrella puede donarle materia al agujero negro, la cual caerá de manera espiralada formando un disco de acreción (una especie de remolino similar al que se forma cuando el agua cae por un desagüe, ver ilustración Agencia Espacial Europea). Si se transfiere demasiada materia en muy poco tiempo, el disco puede alcanzar temperaturas muy altas, del orden de decenas de millones de grados en su parte más cercana al agujero negro. La enorme presión que se genera en el interior del disco debido a las temperaturas hace que las capas superficiales sean expulsadas a velocidades de miles de kilómetros por segundo, formándose un viento extremo compuesto esencialmente por protones y electrones.
Leandro Abaroa explicó que “si la estrella es muy masiva tendrá sus propios vientos, también poderosos aunque no tanto como los del viento del disco de acreción. Éstos podrán colisionar en su encuentro, formándose shocks u ondas de choque, en los que las partículas pueden acelerarse alcanzando energías extremadamente altas”.
El esquema representa el perfil de la colisión de vientos en un sistema compuesto por un agujero negro (AN) a la izquierda y una estrella de gran masa a la derecha. Los vientos emergen del disco de acreción inflado que rodea al agujero negro y chocan contra los vientos expulsados por la estrella formándose ondas de choque en donde se aceleran partículas.
Créditos: Leandro Abaroa, Gustavo E. Romero and Pablo Sotomayor, 2023, A&A, 671, A9.
Así como los protones y los electrones ganan esa energía pueden perderla mediante distintos mecanismos que son de carácter no térmico. Esto significa que su “enfriamiento” se deberá a interacciones de las mismas con los campos ambientales, sean estos de materia, radiación o magnéticos. Debido a este enfriamiento se producirá radiación en distintos rangos del espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta rayos gamma de muy alta energía.
Abaroa sostuvo que es la primera vez que se propone que este fenómeno puede tener lugar en estos sistemas en particular, a los que los autores denominaron Supercritical colliding wind binaries (Binarias súper críticas con colisión de vientos).
En el paper elaborado por los investigadores se exploran distintos escenarios variando el espacio de parámetros físicos de los sistemas y se aplica este modelo a un objeto en particular, la fuente ultraluminosa de rayos X NGC 4190 ULX1. Este es un sistema binario ubicado en una galaxia a tres mega pársec de distancia, lo que serían unos diez millones de años luz, que se piensa que está compuesto por un agujero negro de masa estelar y una estrella joven.
En el trabajo se sugiere que la colisión de vientos puede tener lugar en este sistema y se calcula cuál es la radiación emitida esperada.
El equipo estima que podrían existir fuentes similares a la estudiada, pero más luminosas a bajas energías, cuya emisión podría ser eventualmente detectada con arreglos de radiotelescopios actuales como ALMA, ubicado en Chile.
