Una ilustración muestra una enana blanca tambaleándose al borde de la destrucción y un agujero negro supermasivo(Crédito de la imagen: NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnetitalic, )
Utilizando el telescopio de rayos X XMM-Newton, los astrónomos han sido testigos de cómo un agujero negro supermasivo ya conocido por su misterioso comportamiento demostraba otro extraño fenómeno.
El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) cree que un núcleo estelar muerto, o enana blanca, que se tambalea osadamente en el borde del agujero negro es la causa de las 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 arremolinada de plasma que lo rodea, conocida como corona, desapareció y luego reapareció. Esto era algo que los astrónomos nunca antes habían visto ocurrir alrededor de un agujero negro.
Las cosas se volvieron aún más extrañas cuando el equipo del MIT observó estallidos de rayos X procedentes de 1ES 1927+654 con una frecuencia cada vez mayor. 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. Se trata también de un comportamiento sin precedentes para un agujero negro. Si estos extraños episodios son el resultado de una enana blanca en órbita, un tipo de remanente estelar que queda tras la muerte de una estrella con una masa similar a la del Sol, entonces esta estrella muerta está realizando un increíble acto de equilibrismo.
«Esto sería lo más cercano que conocemos alrededor de cualquier agujero negro», dijo en un comunicado Megan Masterson, co-líder del equipo e investigadora del MIT. «Esto nos dice que objetos como las enanas blancas pueden ser capaces de vivir muy cerca de un horizonte de sucesos durante un período de tiempo relativamente prolongado».
Una ilustración muestra una enana blanca azotando el borde de un agujero negro supermasivo. (Crédito de la imagen: NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnetitalic)
Si la fuente de estos extraños episodios es una enana blanca finamente equilibrada, los investigadores teorizan que podría detectarse mediante ondulaciones en el espacio y el tiempo llamadas ondas gravitacionales emitidas por el sistema.
Los detectores actuales de ondas gravitacionales, como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO), no son lo bastante sensibles para detectar este tipo de emisión. Sin embargo, los próximos observatorios de ondas gravitacionales, como el detector espacial LISA (Laser Interferometer Space Antenna) de la NASA, podrían ser lo bastante precisos como para detectarlas.
«Estos nuevos detectores están diseñados para detectar oscilaciones a escala de minutos, por lo que este sistema de agujeros negros se encuentra en ese punto dulce», afirmó Erin Kara, miembro del equipo y profesor de Física del MIT.
La extraña historia de 1ES 1927+654
Tanto Kara como Masterson tienen una larga historia con el 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 periodo de tiempo, la corona recién desarrollada de 1ES 1927+654 fue la fuente de rayos X más brillante del cielo sobre la Tierra. La sorprendente naturaleza de 1ES 1927+654 llevó al equipo a seguir investigándola.
«Seguía siendo extremadamente brillante, aunque no hacía nada nuevo desde hacía un par de años y estaba como borboteando. Pero creímos que debíamos seguir observándola porque era muy hermosa», explica Kara. «Entonces nos dimos cuenta de algo que nunca se había visto antes».
Una ilustración del telescopio espacial XMM Newton (Crédito de la imagen: D. Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO)Para estudiar 1ES 1927+654 con mayor detalle, los investigadores recurrieron a los datos recogidos por la nave espacial de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA), que revelaron el aumento de la frecuencia de los pulsos de rayos X procedentes de este agujero negro, un fenómeno denominado «oscilaciones cuasiperiódicas» que ya se había observado anteriormente en torno a agujeros negros. Lo que es único en el caso de 1ES 1927+654 es el hecho de que este parpadeo pareció aumentar de forma constante de cada 18 minutos a cada 7 minutos en el transcurso de dos años.
«Nunca habíamos visto una variabilidad tan espectacular en la velocidad a la que parpadea», explicó Masterson. «El hecho de que el parpadeo de 1ES 1927+654 se viera en rayos X dio al equipo del MIT una pista muy importante sobre la causa de este extraño comportamiento.
Vivir al límite
Es muy probable que los rayos X se generen a partir de un violento y turbulento mar de plasma en rápido movimiento en las inmediaciones de los agujeros negros. Es mucho menos probable que esta luz de alta energía se emita desde más lejos de los agujeros negros, donde el plasma más frío se mueve más lentamente.
«Ver algo en los rayos X ya te indica que estás muy cerca del agujero negro», explica Kara. «Cuando se observa una variabilidad en la escala de tiempo de minutos, se está cerca del horizonte de sucesos, y lo primero que se piensa es en el movimiento circular y en si algo podría estar orbitando alrededor del agujero negro». El equipo determinó que lo que está causando estos rayos X se encuentra a unos pocos millones de kilómetros 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 la gravedad se vuelve tan fuerte que ni siquiera la luz es lo suficientemente rápida para escapar.Los investigadores del MIT tienen dos teorías principales para explicar el extraño comportamiento de 1ES 1927+654, la primera de las cuales está relacionada con la corona del agujero negro.
«Una idea es que esta corona está oscilando, tal vez balanceándose de un lado a otro, y si empieza a encogerse, esas oscilaciones se hacen más rápidas a medida que las escalas se hacen más pequeñas», dijo Masterson. «Pero estamos en las primeras etapas de la comprensión de las oscilaciones coronales».
Una ilustración de 1ES 1927+654 un agujero negro supermasivo muy extraño. (Crédito de la imagen: Goddard Space Flight Center de la NASA)
Una explicación mucho mejor comprendida implicaría a un temerario cósmico: una enana blanca equilibrista con una masa de alrededor del 10% de la del Sol.En este escenario, la enana blanca estaría emitiendo ondas gravitacionales mientras gira alrededor de 1ES 1927+654. En este caso, la enana blanca emitiría ondas gravitacionales al girar en torno a 1ES 1927+654, lo que provocaría que la estrella muerta se acercara al agujero negro y se moviera más deprisa, aumentando así la frecuencia de las emisiones de rayos X.
Aunque esta enana blanca se encuentra prácticamente en el punto de no retorno en cuanto a su proximidad al agujero negro supermasivo, el equipo del MIT no cree que esta estrella muerta vaya a caer en el agujero negro en breve. Esto se debe a que, a medida que el agujero negro arrastra a la enana blanca hacia su interior, la estrella muerta va desprendiendo material. Como las enanas blancas son pequeñas y compactas, es muy difícil que se desmenucen, por lo que pueden estar muy cerca de un agujero negro», explica Kara. «Si este escenario es correcto, esta enana blanca está justo en el punto de inflexión, y podríamos verla alejarse».
Los investigadores pretenden seguir observando 1ES 1927+654 y para ello recurrirán a telescopios cada vez más sofisticados. También pretenden utilizar LISA, cuyo lanzamiento está previsto para la década de 2030, para «escuchar» las ondas gravitacionales que ondulan lejos de la posible enana blanca atrevida que desafía una muerte segura alrededor de este agujero negro. «Lo único que he aprendido con esta fuente es que nunca hay que dejar de observarla porque probablemente nos enseñará algo nuevo», concluyó Masterson. «El equipo presentó su investigación en la 245ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana, celebrada en National Harbor (Maryland) el lunes 13 de enero. Sus resultados se publicarán en la revista Nature.
