Corona imperturbable: cómo la polarización reveló la geometría estable de un agujero negro ✛

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Mayo de 2022. El polarímetro espacial IXPE, el espectroscopio NuSTAR y el monitor NICER apuntaron sincrónicamente a un mismo punto del cielo: el agujero negro en el sistema Cygnus X-1, donde orbita alrededor de una evolución estelar en un estrella binaria cercano con un período de 5.6 días. Pasaban las horas, se acumulaban fotones, pero de vez en cuando el flujo caía bruscamente. Como si alguien estuviera bloqueando la luz con un obturador. En realidad, eran dips — eclipses breves por nubes de viento estelar. Sin embargo, la propia corona, extendida alrededor del agujero negro, permaneció intacta.

Un dip es como una nube en un día soleado: el paisaje se oscurece, pero el Sol brilla sin cambios. En los espectros de rayos X, los rayos duros se mantuvieron en su nivel anterior, mientras que los suaves, nacidos en el disco de acreción, desaparecían. El modelo mostró que grumos fríos con alta cobertura bloquean precisamente el disco. La corona, cuya temperatura es decenas de veces mayor, no es un obstáculo para ellos — es demasiado caliente y extensa. Se extiende a cientos de miles de kilómetros, como un halo invisible.

La polarimetría añadió la prueba principal. El grado de polarización (fracción de fotones «peinados» en una dirección) fuera de los dips fue de 3.8%±0.3%, y durante los dips, alrededor de 5%, dentro de los errores. El ángulo de polarización (dirección de oscilación) se mantuvo fijo aproximadamente en –26°. Coincidió con la dirección del radiojet — chorro relativista que emana de los polos del sistema. Las nubes, al parecer, no pueden desplazar este patrón.

El ajuste conjunto de espectros y polarización indicó inequívocamente la geometría de la corona. Si la radiación polarizada viniera del disco, el patrón cambiaría durante los dips. Pero los datos exigían un único escenario razonable: la luz se polariza en una corona compacta pero extensa, con forma de «losa» achatada (modelo de Rashid Alievich Sunyaev y Shakura). El escenario de una corona en forma de lámpara alargada a lo largo del chorro queda descartado — daría un ángulo diferente. La estabilidad del ángulo durante los eclipses significa que la estructura global de la corona no se distorsiona por los grumos que caen.

Este descubrimiento vincula la corona y el chorro. Si el campo magnético en la base del chorro está anclado en la misma losa, entonces cualquier perturbación local no puede sacudirlo. En esencia, vemos evidencia de una sorprendente estabilidad magnética que alimenta los chorros relativistas.

Esas mismas noches de mayo y junio de 2022 proporcionaron la clave. Cuando los tres observatorios siguieron sincrónicamente los centelleos de Cygnus X-1, no solo capturaron caídas de brillo — fueron testigos de la inquebrantabilidad de la corona. Las nubes de viento estelar resultaron impotentes frente a esta losa gigante y luminosa. La corona imperturbable sigue brillando, sin importar la fase por la que pase el sistema.