UB: Noves dades sobre la formació de jets relativistes en forats negres

 Se sap que els forats negres emeten jets de matèria relativista tant en sistemes binaris, en els quals orbiten juntament amb una estrella companya, com en aquells que se situen als centres de les galàxies, als anomenats quàsars. Per bé que aquests jets han estat estudiats durant dècades, encara se’n desconeix la composició. Ara, un treball publicat a Nature i que ha estat dirigit per investigadors de la Universitat de Barcelona, l’Observatori Europeu Austral (ESO) i la Universitat de Curtin (Austràlia) ha pogut determinar l’existència de nuclis atòmics en el jet relativista provinent del forat negre del sistema binari 4U 1630-47.

 «En aquest treball hem trobat la composició dels jets relativistes emesos des dels discos dels forats negres, encara que cal fer més estudis per comprovar si aquests resultats es poden extrapolar a altres fonts de jets relativistes», explica Simone Migliari, investigador de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB). Segons Migliari, l’estudi mostra que els jets relativistes «són jets pesants que contenen nuclis atòmics, més que no pas jets lleugers, formats només per electrons i positrons». «Aquest descobriment -afegeix- també implica que els jets pesants expulsen significativament més energia del sistema binari de la que expulsaria un jet lleuger».

 Aquests jets bariònics, constituïts per matèria pesant, són probablement accionats pel disc d’acreció i no tant pel moviment de rotació del forat negre. «El fet que aquesta matèria pesant es pugui accelerar fins a velocitats relativistes implica que aquests sistemes han de ser fonts de raigs gamma i d’emissió de neutrins», conclou Migliari, que actualment és investigador visitant al Centre d’Astrobiologia (CAB) de l’Institut Nacional de Tècnica Aeroespacial (INTA-CSIC).

 Els forats negres en sistemes binaris atrapen material dels seus companys, de manera que es forma un disc de material que rota al voltant del forat negre a gran velocitat. Com a conseqüència, la matèria es comprimeix i s’escalfa prou com per emetre raigs X. En el treball també s’ha pogut estimar la velocitat dels jets, que és de dues terceres parts la velocitat de la llum. Aquesta dada es pot obtenir mesurant el desplaçament Doppler de les línies d’emissió de nuclis atòmics de ferro detectades.

 Les observacions es van fer el 2012 gairebé simultàniament mitjançant dues instal·lacions: d’una banda, els telescopis XMM-Newton de l’Agència Espacial Europea (ESA), amb els quals es van fer observacions en el rang dels raigs X, cosa que permet observar el disc que envolta el forat negre, i d’altra banda, l’Australia Telescope Compact Array (ATCA), emprat per fer observacions en el rang del radi i que permet, per tant, observar el jet relativista.
Pel que fa a l’abast del treball publicat a Nature, cal subratllar que el 4U 1630-47 és un sistema binari típic, molt representatiu dels forats negres d’acreció en general, de manera que aquests resultats es poden extrapolar a altres sistemes similars.♦

Article:
M. Díaz Trigo, J. C.A. Miller-Jones, S. Migliari, J. W. Broderick, T. Tzioumis. “Baryons in the relativistic jets of the stellar-mass black-hole candidate 4U1630-47”. Nature, 13 de Novembre 2013. DOI: 10.1038/nature12672