Una estrella fugitiva podría explicar la desaparición de los Agujeros Negros.


Esta ilustración muestra un agujero negro rodeado por un disco de gas. En el panel izquierdo, un conjunto de escombros cae hacia el disco. En el panel derecho, los escombros han dispersado parte del gas, haciendo que la corona (la bola de luz blanca sobre el agujero negro) desaparezca. Crédito: NASA / JPL Caltech.

En el centro de una galaxia lejana, un agujero negro está consumiendo lentamente un disco de gas que gira alrededor de él como el agua que rodea un desagüe. A medida que un goteo constante de gas se introduce en las fauces abiertas, las partículas ultracalientes se acumulan cerca del agujero negro, por encima y por debajo del disco, generando un brillante resplandor de rayos X que se puede ver desde la Tierra a 300 millones de años luz de distancia. Se sabe que estos grupos de gas ultracaliente, llamados coronas de agujero negro, exhiben cambios notables en su luminosidad, brillo o atenuación hasta 100 veces a medida que se alimenta un agujero negro.

Pero hace dos años, los astrónomos observaron con asombro cómo los rayos X de la corona del agujero negro en una galaxia conocida como 1ES 1927 + 654 desaparecieron por completo, desvaneciéndose por un factor de 10.000 en aproximadamente 40 días. Casi inmediatamente comenzó a recuperarse, y unos 100 días después se había vuelto casi 20 veces más brillante que antes del evento.

La luz de rayos X de una corona de negro es un subproducto directo de la alimentación del agujero negro, por lo que la desaparición de esa luz a partir de 1ES 1927 +654 probablemente significa que su suministro de alimentos se había cortado. En un nuevo estudio en Astrophysical Journal Letters, los científicos plantean la hipótesis de que una estrella fugitiva podría haberse acercado demasiado al agujero negro y haberse desgarrado. Si este fuera el caso, con el paso de la estrella atravesando el disco de escombros, dejaría al mismo sin alimento durante el paso de la estrella.

“Normalmente no vemos variaciones como esta en la acumulación de agujeros negros”, dijo Claudio Ricci, profesor asistente de la Universidad Diego Portales en Santiago, Chile, y autor principal del estudio. “Fue tan extraño que al principio pensamos que tal vez había algo mal con los datos. Cuando vimos que era real, fue muy emocionante. Pero tampoco teníamos idea de con qué estábamos tratando; nadie con quien hablamos había visto algo como esto”. Casi todas las galaxias del Universo pueden albergar un agujero negro supermasivo en su centro, como el de 1ES 1927 + 654, con masas millones o miles de millones de veces mayores que nuestro Sol. Crecen al consumir el gas que los rodea, también conocido como disco de acreción. Debido a que los agujeros negros no emiten ni reflejan la luz, no se pueden ver directamente, pero la luz de sus coronas y discos de acreción ofrece una manera de aprender sobre estos objetos oscuros.

La hipótesis de la estrella de los autores también está respaldada por el hecho de que unos meses antes de que desapareciera la señal de rayos X, los observatorios en la Tierra vieron brillar considerablemente el disco en longitudes de onda de luz visible (aquellas que pueden ser vistas por el ojo humano). Esto podría haber resultado de la colisión inicial de los desechos estelares con el disco de acreción.

Profundizando en la investigación

El evento de desaparición en 1ES 1927 + 654 es único no solo por el cambio drástico en el brillo, sino también por la profundidad con la que los astrónomos pudieron estudiarlo. La llamarada de luz visible llevó a Ricci y sus colegas a solicitar un seguimiento del agujero negro utilizando el Explorador de Composición Interior de la estrella de neutrones de la NASA (NICER), un telescopio de rayos X a bordo de la Estación Espacial Internacional. En total, NICER observó el sistema 265 veces durante 15 meses. Se obtuvo un monitoreo adicional de rayos X con el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA, que también observó el sistema con luz ultravioleta, así como con la matriz de telescopios espectroscópicos nucleares de la NASA (NuSTAR) y el observatorio XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea) (que tiene Participación de la NASA).

Cuando desapareció la luz de rayos X de la corona, NICER y Swift observaron rayos X de baja energía del sistema, de modo que, colectivamente, estos observatorios proporcionaron un flujo continuo de información durante todo el evento.

Aunque una estrella rebelde parece el culpable más probable, los autores señalan que podría haber otras explicaciones para el evento sin precedentes. Una característica notable de las observaciones es que la caída general del brillo no fue una transición suave: día a día, los rayos X de baja energía detectados por NICER mostraron una variación drástica, a veces cambiando el brillo por un factor de 100 en tan poco como ocho horas. En casos extremos, se sabe que las coronas del agujero negro se vuelven 100 veces más brillantes o más tenues, pero en escalas de tiempo mucho más largas. Tales cambios rápidos que ocurrieron continuamente durante meses fueron extraordinarios.

“Este conjunto de datos tiene muchos enigmas”, dijo Erin Kara, profesora asistente de física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y coautora del nuevo estudio. “Pero eso es emocionante, porque significa que estamos aprendiendo algo nuevo sobre el Universo. Creemos que la hipótesis de la estrella es buena, pero también creo que vamos a analizar este evento durante mucho tiempo”.

Es posible que este tipo de variabilidad extrema sea más común en los discos de acreción de agujeros negros de lo que los astrónomos creen. Muchos observatorios operativos y futuros están diseñados para buscar cambios a corto plazo en los fenómenos cósmicos, una práctica conocida como “astronomía en el dominio del tiempo”, que podría revelar más eventos como este.

“Este nuevo estudio es un gran ejemplo de cómo la flexibilidad en la programación de observación permite a las misiones de la NASA y la ESA estudiar objetos que evolucionan relativamente rápido y buscar cambios a largo plazo en su comportamiento promedio”, dijo Michael Loewenstein, coautor del estudio y un astrofísico para la misión NICER en la Universidad de Maryland College Park y el Centro de Vuelo Espacial Goddard (GSFC) de la NASA en Greenbelt, Maryland. “¿Volverá este agujero negro de alimentación al estado en que se encontraba antes del evento de interrupción? ¿O se ha cambiado el sistema fundamentalmente? Continuamos nuestras observaciones para descubrirlo”.

Más sobre las misiones

NICER es una Misión de Oportunidad de Astrofísica dentro del programa Explorer de la NASA, que ofrece oportunidades para investigaciones científicas a nivel mundial desde el espacio, utilizando enfoques de gestión innovadores, simplificados y eficientes dentro de las áreas de ciencias de la astrofísica y la heliofísica.

NuSTAR celebró recientemente ocho años en el espacio, después de lanzarse el 13 de junio de 2012. Una misión de Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California para la Dirección de Misión Científica de la agencia en Washington, NuSTAR fue desarrollada en colaboración con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo de Ciencias de Astrofísica de Alta Energía de la NASA en GSFC. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech gestiona JPL para la NASA.

El observatorio XMM-Newton de la ESA se lanzó en diciembre de 1999 desde Kourou, Guayana Francesa. La NASA financió elementos del paquete de instrumentos XMM-Newton y proporciona la Instalación de Observadores Invitados de la NASA en GSFC, que apoya el uso del observatorio por astrónomos estadounidenses.

GSFC gestiona la misión Swift en colaboración con Penn State en University Park, Pennsylvania, el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México y Northrop Grumman Innovation Systems en Dulles, Virginia. Otros socios incluyen la Universidad de Leicester y el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard del University College London en el Reino Unido, el Observatorio Brera en Italia y la Agencia Espacial Italiana.