Los astrónomos están lidiando con un complejo misterio cósmico que acecha en el corazón oscuro de una galaxia distante a unos 270 millones de años luz de la Tierra. Y su resolución podría revolucionar nuestra comprensión de cómo los agujeros negros se alimentan de materia en todo el universo.
Conocida como 1ES 1927+654 y situada en la constelación de Draco, esta lejana isla de estrellas alberga en su núcleo una agujero negro supermasivo pesa más de un millón de soles, lo cual, sorprendentemente, no es muy destacable. La mayoría de las galaxias grandes, incluyendo el nuestroalbergan monstruosidades tan grandes en su centro. Pero este agujero negro ha resultado extraordinariamente extraño: el objeto sorprendió a los observadores con un abrupto estallido de radiación tan intensa que aparentemente borró la corona del agujero negro, una nube envolvente de plasma giratorio a mil millones de grados, durante tres meses en 2018. se pensó, podría haber venido de un evento de interrupción de mareaque ocurre cuando una estrella desafortunada es destrozada y devorada después de acercarse demasiado a un agujero negro. Muchos grupos de investigación comenzaron a monitorear de cerca el sistema, observando durante los siguientes años cómo la corona se recomponía y regresaban las condiciones de reposo, hasta que el agujero negro desató más sorpresas: estallando dramáticamente en ondas de radio y parpadeando con rápidos pulsos de rayos X.
Una variedad tan vertiginosa de actividad dinámica no tiene precedentes en torno a un agujero negro supermasivo y no puede explicarse fácilmente por ningún evento típico de perturbación de marea. Eileen Meyer, astrónoma de la Universidad de Maryland, condado de Baltimore, que dirigió un equipo internacional en la investigación de las emisiones de radio del sistema con el uso de múltiples telescopios en tierra y en el espacio, recuerda su impresión inicial de 1ES 1927+654 como el de una “mancha de radio débil y aburrida”. Pero a medida que ella y sus colegas vieron desarrollarse más y más actividad extraña, se dio cuenta de que “esta [black hole] Fue raro, muy raro”. En particular, las observaciones de su equipo revelaron que poco después de su estallido de ondas de radio, el agujero negro había arrojado un par de chorros de plasma gigantes con direcciones opuestas que viajaban a un tercio de la velocidad de la luz. Esta fue la primera vez la creación de tales aviones Había sido presenciado en tiempo real y era un claro indicador de actividad extrema más cerca del agujero negro. Meyer presentó los hallazgos de su equipo la semana pasada en la 245ª reunión del Sociedad Astronómica Americana en National Harbor, Maryland, y fue el autor principal de un documento adjunto publicado el 13 de enero en el Cartas de revistas astrofísicas.
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Si un acto común y corriente de destrucción estelar no estuvo detrás del extraño comportamiento del agujero negro, ¿qué fue? Una pista crucial podría residir en el momento de los parpadeantes pulsos de rayos X del agujero negro, que fueron revelados mediante un trabajo dirigido por Megan Masterson, candidata doctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Utilizando datos del telescopio espacial de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, Masterson y sus colegas encontraron un patrón revelador en los pulsos: una oscilación en su parpadeo que se hizo cada vez más rápida a lo largo de dos años. “El período de esta oscilación cambió drásticamente de 2022 a 2024”, dice Masterson. “Comenzamos en 2022 con un período de 18 minutos y, en 2024, estábamos en un período de siete minutos, por lo que el período básicamente se redujo a la mitad. Esto nunca antes se había observado alrededor de un agujero negro supermasivo”. Un artículo que informa los resultados.en coautoría de Masterson, Meyer y otros, se publicó en el servidor de preimpresión arXiv.org en enero y se aceptó para su publicación en la edición del 13 de febrero de Naturaleza.
La explicación más obvia para estas oscilaciones de rayos X, dicen los investigadores, es que son una señal clara pero indirecta de una actividad sustancial. algo orbitando muy cerca del agujero negro. De hecho, está tan cerca que debe estar atravesando el agujero negro. disco de acreción—una vorágine de materia que cae y se vuelve incandescente debido al calentamiento por fricción a medida que se acumula alrededor de las fauces del monstruo gravitacional. Si ese fuera el caso, se dieron cuenta los investigadores, cada erupción parpadeante correspondería a que el objeto completara un ciclo orbital, sobre el cual se lanzaría en picado y agitaría el disco de acreción para expulsar una ráfaga de rayos X. Y la curiosa aceleración de las oscilaciones parecía ser una señal de que la órbita de este objeto estaba decayendo, perdiendo energía y girando en espiral cada vez más cerca y más rápido hacia un punto sin retorno: el agujero negro. horizonte de sucesos—a través de la emisión de ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales.
Para Masterson, el siguiente paso fue simple: “Calculé cuánto tiempo le tomará a ese cuerpo inspirarse y ser comido”, dice. Las matemáticas le dijeron a Masterson que la caída final del hipotético objeto ocurriría en enero de 2024. Entonces, por fin, las misteriosas oscilaciones de rayos X se detendrían.
Pero no lo hicieron. Las observaciones XMM-Newton de 1ES 1927+654 de marzo de 2024 mostraron claramente que las oscilaciones todavía eran fuertes; si eran causados por un objeto en órbita, su período de aproximadamente siete minutos significaba que el compañero del agujero negro estaba a unos pocos millones de kilómetros del horizonte de sucesos y se movía a la mitad de la velocidad de la luz. Nunca se ha observado ningún objeto tan cerca de un agujero negro; ¿Por qué éste no se estaba cayendo? La gravedad debería haber asegurado su perdición, a menos que aquí estuviera en juego algo más que la gravedad, recuerda haber pensado Masterson. Y encontró un candidato prometedor en otra área inesperada: la física de enanas blancasque son cadáveres estelares compactos que dejan las estrellas moribundas similares al Sol.
Si el supuesto objeto fuera un agujero negro más pequeño, se habría sumergido de cabeza a través del disco de acreción para fusionarse con su compañero supermasivo, y si fuera una estrella normal, debería haber sido triturado al acercarse para producir una marea típica. evento de perturbación. Pero Masterson y su equipo se dieron cuenta de que si se tratara de una enana blanca de baja masa, aproximadamente del mismo tamaño que la Tierra, podría ser lo suficientemente resistente como para permanecer precariamente durante un tiempo al borde de la destrucción. En lugar de sucumbir a las fuerzas de marea que destruyen las estrellas, una enana blanca de este tipo alimentaría lentamente una pequeña fracción de su materia al agujero negro. Esto podría compensar la energía orbital que se pierde a través de las ondas gravitacionales, deteniendo o incluso invirtiendo la espiral. “Básicamente, es algo especial que tiene que ver con cómo responde una enana blanca a la pérdida de masa y cómo influye la física de acreción”, dice Masterson.
Esto tiene sentido, dice Chiara Mingarelli, astrofísica de la Universidad de Yale, que no participó en ninguno de los estudios de 1ES 1927+654. Si el objeto hipotético que orbita el agujero negro fuera una enana blanca, la estrella no muerta estaría en una especie de limbo de marea, donde “comenzaría a desgarrarse un poco”, explica, “emitiendo ondas gravitacionales”. [while] lentamente en espiral hacia el agujero negro en lugar de simplemente ser devorado por completo”.
Sin embargo, este modelo sigue siendo, en el mejor de los casos, una suposición fundamentada. Sin embargo, su validación podría llegar relativamente pronto, a través de un detector de ondas gravitacionales basado en el espacio que se lanzará en la década de 2030: el detector de la Agencia Espacial Europea. Antena espacial de interferómetro lásero LISA, que debería ser capaz de detectar las ondas gravitacionales que emanan de una enana blanca en un estado de cuasi-estasis alrededor de 1ES 1927+654. E incluso si LISA no encuentra tal firma, ese resultado nulo debería ayudar a resolver el misterio de lo que realmente está sucediendo en este enigmático sistema; tal vez, por ejemplo, las llamaradas de radio, los chorros gigantes y los pulsos de rayos X se remontan a interacciones poco comprendidas. entre el agujero negro y su nube de plasma coronal que desaparece y reaparece.
De cualquier manera, “es una oportunidad para que estudiemos esta fuente ahora mismo y, con suerte, LISA encontrará muchas, muchas más”. [cosmic systems that are similar]y luego podremos estudiarlos todos”, dice Masterson.
“Me sorprendió y me encantó que aún nos quede mucho por entender sobre la dinámica de los agujeros negros, especialmente la física de los discos de acreción”, dice Mingarelli, y añade que el potencial de LISA para estudiar estos entornos podría desbloquear muchos más misterios sobre los agujeros negros supermasivos.
“Ya no se trata sólo de observar el universo estático”, dice Meyer. “Ahora estamos en el punto en el que nos damos cuenta de que gran parte del universo es muy dinámico; no sabemos lo que está por venir. Puede que haya algo nuevo que no estaba la semana pasada”.