Utilizando el telescopio de rayos X XMM-Newton, los astrónomos han sido testigos de un agujero negro supermasivo ya conocido por su misterioso comportamiento, lo que demuestra otro extraño fenómeno.
El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) cree que un núcleo estelar muerto, o enana blanca, balanceándose atrevidamente al borde del agujero negro es la causa de explosiones cada vez más frecuentes de luz de alta energía.
El agujero negro en cuestión es 1ES 1927+654, situado a unos 270 millones de años luz de la Tierra, con una masa alrededor de 1 millón de veces la del sol. 1ES 1927+654 anunció por primera vez su rareza a los astrónomos en 2018 cuando la nube giratoria de plasma que lo rodea, conocida como corona, desapareció y luego reapareció. Esto era algo que los astrónomos nunca antes habían visto suceder alrededor de un agujero negro.
Las cosas se volvieron aún más extrañas cuando el equipo del MIT detectó ráfagas de rayos x estallando desde 1ES 1927+654 con frecuencia acelerada. En el transcurso de dos años, la frecuencia de estos destellos de alta energía aumentó de una vez cada 18 minutos a una vez cada 7 minutos. Este es también un comportamiento sin precedentes para un agujero negro.
Si estos episodios extraños son el resultado de una enana blanca en órbita, un tipo de remanente estelar que queda cuando una estrella con alrededor del masa del sol muere, entonces esta estrella muerta está realizando un acto de equilibrio increíble.
“Esto sería lo más parecido que conocemos a cualquier agujero negro”, dijo en un comunicado la colíder del equipo e investigadora del MIT Megan Masterson. “Esto nos dice que objetos como las enanas blancas pueden vivir muy cerca de una horizonte de sucesos durante un período de tiempo relativamente prolongado”.
Si la fuente de estos extraños episodios es una enana blanca finamente equilibrada, los investigadores teorizan que podría detectarse mediante ondas en el espacio y el tiempo llamadas ondas gravitacionales emitido por el sistema.
Los detectores de ondas gravitacionales actuales, como el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) no son lo suficientemente sensibles para detectar tal emisión. Sin embargo, los próximos observatorios de ondas gravitacionales, como el detector espacial LISA (Antena Espacial de Interferómetro Láser) de la NASA, pueden ser lo suficientemente precisos como para realizar tal detección.
“Estos nuevos detectores están diseñados para detectar oscilaciones en la escala de minutos, por lo que este sistema de agujeros negros se encuentra en ese punto óptimo”, dijo Erin Kara, miembro del equipo y profesora de física del MIT.
La extraña historia del 1ES 1927+654
Tanto Kara como Masterson tienen una larga trayectoria con 1ES 1927+654. Ambos formaron parte del equipo que observó hace siete años cómo la corona del agujero negro supermasivo se oscurecía. También observaron cómo se regeneraba tras su desaparición.
Durante un breve tiempo, la recién formada corona de 1ES 1927+654 fue la fuente de rayos X más brillante en el cielo de la Tierra. La naturaleza llamativa de 1ES 1927+654 llevó al equipo a continuar investigándolo.
“Todavía era extremadamente brillante, aunque no hizo nada nuevo durante un par de años y estaba como gorgoteando. Pero sentimos que teníamos que seguir monitoreándolo porque era muy hermoso”, explicó Kara. “Entonces notamos algo que nunca antes se había visto”.
Para estudiar 1ES 1927+654 con mayor detalle, los investigadores recurrieron a datos recopilados por el Agencia Espacial Europea (ESA) Nave espacial de rayos X XMM-Newton.
Esto reveló la creciente frecuencia de pulso de los rayos X de este agujero negro, un fenómeno llamado “oscilaciones cuasi periódicas” que se ha observado antes alrededor de los agujeros negros. Lo que es único para 1ES 1927+654 es el hecho de que este parpadeo pareció aumentar constantemente de cada 18 minutos a cada 7 minutos en el transcurso de dos años.
“Nunca hemos visto esta dramática variabilidad en la velocidad a la que parpadea”, explicó Masterson. “Esto no se parecía en nada a una situación normal. agujero negro supermasivo“.
El hecho de que el destello de 1ES 1927+654 fuera visto en rayos X le dio al equipo del MIT una pista muy importante sobre la causa de este extraño comportamiento.
Viviendo al límite
Es más probable que los rayos X se generen a partir de un mar violento y turbulento de partículas que se mueven rápidamente. plasma en las inmediaciones de los agujeros negros. Es mucho menos probable que esta luz de alta energía se emita desde lugares más alejados de los agujeros negros, donde el plasma más frío se mueve más lentamente.
“Ver algo en los rayos X ya te indica que estás bastante cerca del agujero negro”, dijo Kara. “Cuando ves variabilidad en la escala de tiempo de minutos, eso está cerca del horizonte de sucesos, y lo primero que piensas es en el movimiento circular y en si algo podría estar orbitando alrededor del agujero negro”.
El equipo determinó que lo que sea que esté causando estos rayos X se encuentra a sólo unos pocos millones de millas del límite exterior u “horizonte de sucesos” del agujero negro supermasivo. El horizonte de sucesos es el punto alrededor de cada agujero negro en el que gravedad se vuelve tan fuerte ni siquiera la luz es rapida suficiente para escapar.
Los investigadores del MIT tienen dos teorías principales para explicar el extraño comportamiento de 1ES 1927+654, la primera de las cuales se relaciona con la corona del agujero negro.
“Una idea es que esta corona está oscilando, tal vez balanceándose hacia adelante y hacia atrás, y si comienza a encogerse, esas oscilaciones se vuelven más rápidas a medida que las escalas se hacen más pequeñas”, dijo Masterson. “Pero estamos en las primeras etapas de comprensión de las oscilaciones coronales”.
Una explicación mucho mejor entendida implicaría un temerario cósmico: una enana blanca que camina sobre la cuerda floja con una masa de aproximadamente el 10% de la del sol.
En este escenario, la enana blanca estaría emitiendo ondas gravitacionales mientras gira alrededor de 1ES 1927+654. Esto provocaría que la estrella muerta se acercara al agujero negro, lo que provocaría que se moviera más rápido, aumentando así la frecuencia de las emisiones de rayos X.
Aunque esta enana blanca se encuentra prácticamente en un punto de no retorno en términos de su proximidad al agujero negro supermasivo, el equipo del MIT no cree que esto La estrella muerta caerá en el agujero negro. en cualquier momento pronto. Esto se debe a que a medida que el agujero negro arrastra a la enana blanca hacia adentro, la estrella muerta está desprendiendo material. Eso es empujarla hacia atrás, manteniendo a la enana blanca alejada del horizonte de sucesos.
“Debido a que las enanas blancas son pequeñas y compactas, es muy difícil destruirlas, por lo que pueden estar muy cerca de un agujero negro”, explicó Kara. “Si este escenario es correcto, esta enana blanca está justo en el punto de inflexión y es posible que la veamos alejarse más”.
Los investigadores tienen la intención de seguir observando 1ES 1927+654 y para ello recurrirán a telescopios cada vez más sofisticados. También tienen la intención de utilizar LISA, que se lanzará en la década de 2030, para “escuchar” las ondas gravitacionales que se alejan de la potencial y atrevida enana blanca que desafía una muerte segura alrededor de este agujero negro.
“Lo único que he aprendido con esta fuente es que nunca debemos dejar de mirarla porque probablemente nos enseñará algo nuevo”, concluyó Masterson. “El siguiente paso es simplemente mantener los ojos abiertos”.
El equipo presentó su investigación en la 245ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en National Harbor, Maryland, el lunes (13 de enero). Sus resultados se publicarán en la revista Nature.