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Astrónomos que monitorean un agujero negro supermasivo en el corazón de una galaxia distante han detectado características nunca antes vistas con datos de misiones de la NASA y otras instalaciones.
Las características incluyen el lanzamiento de un chorro de plasma que se mueve a casi un tercio de la velocidad de la luz y fluctuaciones inusuales y rápidas de rayos X que probablemente surgen cerca del borde mismo del agujero negro.
La fuente es 1ES 1927+654, una galaxia ubicada a unos 270 millones de años luz de distancia en la constelación de Draco. Alberga un agujero negro central con una masa equivalente a aproximadamente 1,4 millones de soles.
"En 2018, el agujero negro comenzó a cambiar sus propiedades ante nuestros ojos, con un importante estallido óptico, ultravioleta y de rayos X", dijo en un comunicado Eileen Meyer, profesora asociada de UMBC (Universidad de Maryland, Condado de Baltimore). “Muchos equipos lo han estado siguiendo de cerca desde entonces”.
Presentó los hallazgos de su equipo en la 245.ª reunión de la American Astronomical Society. En The Astrophysical Journal Letters se publicó un artículo dirigido por Meyer que describe los resultados de radio.
Después del estallido, el agujero negro pareció volver a un estado tranquilo, con una pausa en la actividad durante casi un año. Pero en abril de 2023, un equipo dirigido por Sibasish Laha en la UMBC y el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, había notado un aumento constante, durante meses, de los rayos X de baja energía en las mediciones realizadas por el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA y el telescopio NICER (Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones) en la Estación Espacial Internacional. Este programa de monitoreo, que también incluye observaciones del NuSTAR (Conjunto de Telescopios Espectróscopicos Nucleares) de la NASA y la misión XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea), continúa.
El aumento de los rayos X impulsó al equipo de la UMBC a realizar nuevas observaciones de radio, que indicaron que se estaba produciendo una llamarada de radio fuerte y muy inusual. Los científicos comenzaron entonces a realizar observaciones intensivas utilizando el VLBA (Very Long Baseline Array) del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de EEUU y otras instalaciones.
El VLBA, una red de radiotelescopios repartidos por todo Estados Unidos, combina señales de antenas individuales para crear lo que equivale a una potente cámara de radio de alta resolución. Esto permite al VLBA detectar características de menos de un año luz de diámetro a la distancia de 1ES 1927+654.
Los datos de radio de febrero, abril y mayo de 2024 revelan lo que parecen ser chorros de gas ionizado, o plasma, que se extienden desde ambos lados del agujero negro, con un tamaño total de aproximadamente medio año luz. Los astrónomos llevan mucho tiempo preguntándose por qué solo una fracción de los agujeros negros monstruosos producen potentes chorros de plasma, y estas observaciones pueden proporcionar pistas fundamentales.
LANZAMIENTO DE CHORRO OBSERVADO EN TIEMPO REAL
"Nunca antes se había observado el lanzamiento de un chorro de un agujero negro en tiempo real“, señaló Meyer. “Creemos que el chorro comenzó antes, cuando los rayos X aumentaron antes de la llamarada de radio, y el chorro quedó oculto a nuestra vista por el gas caliente hasta que estalló a principios del año pasado”.
Un artículo que explora esa posibilidad, dirigido por Laha, está bajo revisión en The Astrophysical Journal y está disponible en el servidor de preimpresión de arXiv. Tanto Meyer como Megan Masterson, candidata a doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, que también realizó una presentación en la reunión, son coautores.
Utilizando observaciones de XMM-Newton, Masterson descubrió que el agujero negro exhibió variaciones de rayos X extremadamente rápidas entre julio de 2022 y marzo de 2024. Durante este período, el brillo de los rayos X aumentó y disminuyó repetidamente en un 10% cada pocos minutos. Estos cambios, llamados oscilaciones cuasiperiódicas de milihercios, son difíciles de detectar alrededor de los agujeros negros supermasivos y hasta la fecha solo se han observado en un puñado de sistemas.
“Una forma de producir estas oscilaciones es con un objeto que orbita dentro del disco de acreción del agujero negro. En este escenario, cada ascenso y descenso de los rayos X representa un ciclo orbital”, dijo Masterson.
Si las fluctuaciones fueron causadas por una masa en órbita, entonces el período se acortaría a medida que el objeto se acercara cada vez más al horizonte de sucesos del agujero negro, el punto de no retorno. Las masas en órbita generan ondulaciones en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. Estas ondas drenan la energía orbital, acercando el objeto al agujero negro, aumentando su velocidad y acortando su período orbital.
En dos años, el período de fluctuación se redujo de 18 minutos a solo 7, la primera medición de este tipo alrededor de un agujero negro supermasivo. Si esto representaba un objeto en órbita, ahora se movía a la mitad de la velocidad de la luz. Luego sucedió algo inesperado: el período de fluctuación se estabilizó.
“Al principio, esto nos sorprendió”, explicó Masterson. “Pero nos dimos cuenta de que, a medida que el objeto se acercaba al agujero negro, su fuerte atracción gravitatoria podía empezar a quitarle materia al compañero. Esta pérdida de masa podía compensar la energía eliminada por las ondas gravitacionales, deteniendo el movimiento hacia el interior del compañero”.
¿Qué podría ser entonces este compañero? Un pequeño agujero negro se hundiría directamente en él y una estrella normal se desintegraría rápidamente por las fuerzas de marea cerca del gigantesco agujero negro. Pero el equipo descubrió que una enana blanca de baja masa (un remanente estelar aproximadamente tan grande como la Tierra) podría permanecer intacta cerca del horizonte de sucesos del agujero negro, mientras que desprendería parte de su materia. Un artículo dirigido por Masterson que resume estos resultados aparecerá en la revista Nature.
Este modelo hace una predicción clave, señala Masterson. Si el agujero negro tiene una compañera enana blanca, las ondas gravitacionales que produce serán detectables por LISA (Laser Interferometer Space Antenna), una misión de la ESA en asociación con la NASA que se espera que se lance en la próxima década.