Astrofísicos del IAC descubren un intenso viento en las inmediaciones de un agujero negro con el GTC

Las observaciones de V404 Cygni, que entró en erupción en 2015 tras más de 25 años de inactividad, fueron realizadas con el instrumento OSIRIS del Gran Telescopio CANARIAS (GTC). Los resultados se publican hoy en la revista Nature.

V404 Cygni es un agujero negro que forma parte de un sistema binario situado en la constelación del Cisne. En este tipo de sistemas, de los que conocemos menos de 50, un agujero negro de unas 10 veces la masa del Sol devora material procedente de una estrella muy cercana, la estrella compañera. Durante este proceso, el material cae al agujero negro formando un disco de acreción, que emite en rayos X en sus zonas más internas y calientes. En zonas más externas, por el contrario, se puede estudiar este disco con luz visible, que es la parte del espectro en la que trabaja el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), de 10,4 m, el más grande del mundo de este tipo e instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma, Islas Canarias).

V404 Cygni, a tan solo unos 8.000 años luz de distancia, es además uno de los agujeros negros más cercanos a la Tierra y posee un gran disco de acreción (unos 10 millones de kilómetros de radio), lo que hace que sus erupciones sean extremadamente luminosas en todos los rangos espectrales (rayos X, emisión visible, infrarroja y ondas radio).El 15 de junio de 2015, el agujero negro V404 Cygni entró en erupción después de más de 25 años de inactividad. Durante este periodo su brillo aumentó un millón de veces en unos pocos días, convirtiéndose en la fuente más brillante del cielo en rayos X. El GTC comenzó a realizar observaciones espectroscópicas el día 17 de junio, mediante la activación de un programa de oportunidad, específicamente diseñado para este tipo de eventos por investigadores del IAC.

Las observaciones revelan la presencia de un viento de material neutro (Hidrógeno y Helio no ionizado) que se forma en las capas externas del disco de acreción, regulando el proceso de cómo el material es tragado por el agujero negro. Este viento, detectado por primera vez en un sistema de este tipo, se mueve a gran velocidad (3.000 kilómetros por segundo) para poder así escapar del campo gravitatorio del agujero negro. Su presencia permite explicar por qué la erupción a pesar de ser luminosa y muy violenta -con continuos cambios de brillo y eyecciones de masa en forma de chorros que se detectan en ondas de radio- fue además muy breve (tan solo dos semanas).

Al final de esta erupción, las observaciones del GTC revelan la presencia de una nebulosidad formada por material eyectado por el viento. Este fenómeno, que ha sido observado por primera vez en un agujero negro, permite además estimar la cantidad de masa expulsada al medio interestelar.

"El brillo de la fuente junto con la gran área colectora del GTC ha permitido -explica Teo Muñoz Darias, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y primer autor del artículo – no solo detectar el viento, sino estudiar la variación de sus propiedades en escalas de tiempo de minutos. La base de datos recopilada es probablemente la mejor jamás obtenida para un objeto de este tipo." Y añade: "Esta erupción de V404 Cygni, por su complejidad y por la gran cantidad y calidad de las observaciones obtenidas, nos va ayudar a entender cómo los agujeros negros tragan materia a través de sus discos de acreción."

"Creemos que lo que hemos observado con GTC en V404 Cygni sucede, al menos, en otros agujeros negros con discos de acreción de gran tamaño", concluyen Jorge Casares y Phil Charles, dos de los descubridores de este agujero negro en 1992 y coautores del artículo.

El trabajo ha sido publicado en la revista científica Nature. El equipo investigador ha estado liderado por el astrofísico del IAC Teo Muñoz Darias e incluye a otros cuatro miembros de dicho centro -Jorge Casares, Daniel Mata Sánchez, Montserrat Armas Padilla y Manuel Linares-, además de investigadores de las Universidades de Oxford y Southampton en Reino Unido, y de institutos de investigación en Alemania, Francia y Japón. Las observaciones fueron realizadas con el instrumento OSIRIS de GTC, y se prolongaron durante las dos semanas que duró la erupción, en ventanas de entre una y dos horas por noche. Además, el trabajo ha incluido tanto observaciones en rayos X por los satélites INTEGRAL y Swift, como datos del radio interferómetro AMI, en Reino Unido.

Tal y como se ha hecho constar en los agradecimientos del artículo, nueve de las series de datos tomadas durante la noche del 27 de junio, fueron adquiridas con el GTC en presencia de S.M. el Rey Felipe VI, quien asistió a las observaciones coincidiendo con el 30 aniversario de los Observatorios de Canarias. El Rey pudo observar de primera mano la excepcional fenomenología mostrada por este agujero negro.

Referencia: Teo Muñoz-Darias et al. "Regulation of black-hole accretion by a disk wind during a violent outburst of V404 Cygni". Nature, 9 de mayo de 2016. DOI: 10.1038/nature17446).