La corona del agujero negro: el viento que polariza la luz exprés
El agujero negro Cygnus X-1 es uno de los más estudiados de nuestra galaxia. Está en un sistema binario con una estrella normal y le arranca materia. El gas se arremolina en un disco brillante, como el agua en un remolino, y sobre el disco flota una corona sobrecalentada: una nube de electrones a temperaturas de cientos de millones de grados. Es en esta corona donde los fotones de rayos X ganan energía adicional y se polarizan, es decir, sus oscilaciones se alinean en una dirección.
Nuevas observaciones con varios telescopios espaciales mostraron que la corona no está quieta. Fluye hacia afuera a una velocidad de aproximadamente 0,3 veces la velocidad de la luz, unos 90 000 kilómetros por segundo. Este viento acelera los electrones, y estos dispersan la luz de manera desigual: los fotones que viajan contra el viento reciben más energía que los que viajan a favor. Esto explica por qué la polarización casi no cambia con la energía del fotón, aunque normalmente debería girar fuertemente.
La comparación con los cálculos mostró que el agujero negro rota lentamente. Si girara rápido, su gravedad haría que el plano de polarización rotara en ángulos diferentes para distintas energías. Las observaciones no ven tal rotación. Por lo tanto, el propio agujero casi no participa en la creación de la polarización: todo lo hace su corona-viento.
Así, Cygnus X-1 confirma una vez más que, incluso en estado de reposo, el agujero negro no duerme, sino que expulsa materia continuamente. Y esta expulsión se puede ver no solo en el brillo, sino también en cómo oscila la luz.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.10870
We aim to identify the physical mechanism responsible for the observed X-ray emission and polarization of Cyg X-1 in the soft state. We performed a detailed spectral analysis of X-ray data obtained with NICER, NuSTAR, and INTEGRAL during observations simultaneous with IXPE on 2023 June 20, supplemented at higher energies with archival CGRO data. We developed a new model, retBB, which describes thermal disk emission and its returning reflection, and applied it together with accurate models of Comptonization and relativistically broadened reflection. Using the resulting spectral solution, we computed the expected polarization signal and compared it with the IXPE measurements. Our spectropolarimetric modeling shows that the observed polarization is in agreement with being produced by Comptonization in a corona undergoing a semi-relativistic outflow at a velocity of ~0.3c. Our spectral solutions admit either low or high black-hole spin values, depending on the adopted model setup. However, the observed polarization strongly favors a low spin. At high spin, the polarization angle would inevitably rotate significantly across the energy band, which is inconsistent with the observations. Apart from this rotation of the polarization angle, general relativistic effects do not play a significant role in producing the observed polarization. In particular, we find that, at most, returning disk radiation contributes only a minor amount.
Cygnus X-1 fue el primer agujero negro descubierto por su emisión de rayos X. En 1974, Stephen Hawking apostó con Kip Thorne a que no era un agujero negro, y perdió.
En la novela 'Hyperion' de Dan Simmons, un agujero negro sirve como portal, pero Cygnus X-1 no tiene un horizonte de sucesos que se pueda cruzar, solo el viento de su corona.