El agujero negro de una galaxia distante que se ve explotar inesperadamente

Una vista de rayos X del agujero negro activo en el núcleo de la galaxia distante GSN 069, a unos 250 millones de años luz de distancia. La parte superior de la animación muestra observaciones del telescopio espacial de rayos X de la ESA XMM-Newton. El gráfico en la parte inferior muestra variaciones del brillo de rayos X del agujero negro en relación con su nivel 'inactivo'. Lea más sobre esta imagen, que es a través de ESA / XMM-Newton / G. Miniutti y M. Giustini.

La ESA dijo el 11 de septiembre de 2019 que su telescopio espacial de rayos X XMM-Newton ha detectado erupciones periódicas nunca antes vistas de radiación de rayos X desde un agujero negro gigante en una galaxia distante. Estos científicos dijeron en un comunicado que las bengalas:

... podría ayudar a explicar algunos comportamientos enigmáticos de los agujeros negros activos

Los agujeros negros activos son aquellos que todavía están tragando activamente material (estrellas, gas, polvo) suministrados por sus galaxias de origen. Tendemos a ver agujeros negros supermasivos activos, como el observado en una galaxia conocida como GSN 069, ubicada a unos 250 millones de años luz de distancia, en galaxias distantes, en contraste con el agujero negro supermasivo más inactivo en el centro de nuestro propia Vía Láctea (aunque incluso el agujero negro central de la Vía Láctea parecía engullir algo a principios de este año). De los destellos vistos provenientes del agujero negro central en GSN 069, los astrónomos dijeron:

El 24 de diciembre de 2018, se vio que la fuente aumentó repentinamente su brillo hasta en un factor de 100, luego se atenuó a sus niveles normales en una hora y se encendió nuevamente nueve horas más tarde.

Giovanni Miniutti, del Centro de Astrobiología en Madrid, España, es el autor principal de un nuevo artículo publicado el 11 de septiembre en la revista Nature . Él dijo:

Fue completamente inesperado. Los agujeros negros gigantes parpadean regularmente como una vela, pero los cambios rápidos y repetitivos observados en GSN 069 a partir de diciembre son algo completamente nuevo.

Después de que se corrió la voz de que este agujero negro estaba ardiendo, otros telescopios se giraron en su dirección. XMM-Newton realizó observaciones de seguimiento en los siguientes meses, al igual que el observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Estos telescopios confirmaron:

... que el distante agujero negro aún mantenía el ritmo, emitiendo explosiones de rayos X casi periódicas cada nueve horas.

Los investigadores están llamando al nuevo fenómeno "erupciones cuasi periódicas", o QPE.

Vista óptica y de rayos X de la galaxia activa GSN 069. Más sobre esta imagen. Imagen vía ESA.

Probablemente hayas escuchado que los agujeros negros son negros porque ninguna luz puede escapar de ellos. Entonces, ¿qué está haciendo la quema? Las bengalas provienen del proceso de acreción. Ocurre justo antes de que el gas, el polvo o los desechos estelares caigan más allá del punto de no retorno, conocido como el horizonte de eventos. Antes de esa última inmersión en el horizonte de eventos, el material forma un anillo aplanado de materia giratoria, conocido como un disco de acreción. Miniutti explicó que los destellos de rayos X:

... provienen del material que se está acumulando en el agujero negro y se calienta en el proceso.

Existen varios mecanismos en el disco de acreción que podrían dar lugar a este tipo de señal cuasi periódica, potencialmente vinculada a inestabilidades en el flujo de acreción cerca del agujero negro central.

Alternativamente, las erupciones podrían deberse a la interacción del material del disco con un segundo cuerpo - otro agujero negro o quizás el remanente de una estrella previamente interrumpida por el agujero negro.

Giovanni y sus colegas dijeron que, aunque nadie ha observado este fenómeno antes, las erupciones periódicas como las que acabamos de ver podrían ser comunes en el universo. Su declaración explicaba:

Es posible que el fenómeno no se haya identificado antes porque la mayoría de los agujeros negros en los núcleos de galaxias distantes, con masas de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro sol, son mucho más grandes que la de GSN 069, que es solo alrededor de 400, 000 veces más masivo que nuestro sol.

Cuanto más grande y masivo es el agujero negro, más lentas son las fluctuaciones en el brillo que puede mostrar, por lo que un agujero negro supermasivo típico entraría en erupción no cada nueve horas, sino cada pocos meses o años. Esto haría poco probable la detección ya que las observaciones rara vez abarcan períodos de tiempo tan largos.

Dijeron que las erupciones cuasi periódicas como las que se encuentran en GSN 069 podrían proporcionar un marco natural para interpretar algunos patrones desconcertantes observados en una fracción significativa de agujeros negros activos, cuyo brillo parece variar demasiado rápido para ser explicado fácilmente por los modelos teóricos actuales. Miniutti dijo:

Conocemos muchos agujeros negros masivos cuyo brillo aumenta o disminuye por factores muy grandes en días o meses, mientras que esperaríamos que varíen a un ritmo mucho más lento.

Pero si algo de esta variabilidad corresponde a las fases de ascenso o decaimiento de erupciones similares a las descubiertas en GSN 069, entonces la variabilidad rápida de estos sistemas, que actualmente parece inviable, podría explicarse naturalmente.

Nuevos datos y más estudios dirán si esta analogía realmente es válida.

Destellos de rayos X de la galaxia activa GSN 069. Más sobre esta imagen. Imagen a través de ESA / XMM-Newton; NASA / CXC; G. Miniutti (CAB, CSIC-INTA, España).

Las erupciones cuasi periódicas detectadas en GSN 069 también podrían explicar otras propiedades intrigantes observadas en la emisión de rayos X de casi todos los agujeros negros supermasivos brillantes y crecientes, sobre los que puede leer en ESA Space News.

Por ahora, este equipo de astrónomos está tratando de organizar sus estudios de la galaxia distante GSN 069; por ejemplo, están tratando de identificar las propiedades definitorias de esta galaxia en el momento en que se detectaron por primera vez las erupciones periódicas. Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA, dijo:

GSN 069 es una fuente extremadamente fascinante, con el potencial de convertirse en una referencia en el campo de la acumulación de agujeros negros.

Dijeron que saber qué buscar también los ayudará a usar de manera más eficiente los telescopios de rayos X como XMM-Newton y Chandra para buscar erupciones más periódicas de otros agujeros negros supermasivos en otras galaxias distantes. Margherita Giustini, del Centro de Astrobiología de Madrid, coautora del estudio, dijo que el objetivo es:

... para comprender mejor el origen físico de este nuevo fenómeno.

En pocas palabras: a finales de 2018, se vio que el agujero negro supermasivo en la galaxia GSN 069, a unos 250 millones de años luz de distancia, aumentó repentinamente su brillo hasta un factor 100, luego se atenuó a sus niveles normales en una hora, y luego se enciende de nuevo nueve horas después. Desde entonces ha continuado estas erupciones cuasi periódicas. Los científicos quieren saber qué los está causando.

Fuente: erupciones cuasi periódicas de rayos X de nueve horas de un núcleo galáctico de agujero negro de baja masa

Vía ESA