Un agujero negro gigante despierta
El XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea desempeña un papel crucial en la investigación de los estallidos de rayos X más largos y energéticos observados desde un agujero negro recién despertado. Observar este extraño comportamiento en tiempo real ofrece una oportunidad única para aprender más sobre estos potentes eventos y el misterioso comportamiento de los agujeros negros masivos.
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| Esta impresión artística ilustra el mecanismo que podría estar en el origen de las potentes explosiones de rayos X observadas desde un agujero negro recién despertado llamado Ansky. El telescopio de rayos X de la Agencia Espacial Europea, XMM-Newton, desempeña un papel crucial en la investigación de las recurrentes llamaradas de rayos X provenientes de este agujero negro supermasivo, que se encuentra en el centro de SDSS1335+0728, una galaxia distante a 300 millones de años luz. Las extraordinarias características de las explosiones de Ansky llevaron al equipo de investigación a especular que las llamaradas de rayos X podrían provenir de choques altamente energéticos en el disco, provocados por un pequeño objeto celeste que atraviesa repetidamente el material en órbita y lo perturba. [Descripción de la imagen: Un disco brillante de líneas violáceas, blancas y doradas rodea una zona elíptica negra que parece un agujero en el espacio. Una bola de material brillante atraviesa el disco; Una erupción de brillantes rayos de color blanco a dorado rodea el pequeño agujero en el disco, provocado por el paso de la bola brillante.] CRÉDITO: ESA. AGRADECIMIENTOS, ATG Europa |
Aunque sabemos que los agujeros negros supermasivos (con millones de veces la masa de nuestro Sol) se esconden en el centro de la mayoría de las galaxias, su propia naturaleza dificulta su detección y estudio. Contrariamente a la idea popular de que los agujeros negros absorben materia constantemente, estos monstruos gravitacionales pueden pasar largos periodos en una fase latente e inactiva.
Esto fue así en el caso del agujero negro en el corazón de SDSS1335+0728, una galaxia distante y poco destacable a 300 millones de años luz de distancia, en la constelación de Virgo. Tras décadas de inactividad, se iluminó repentinamente y recientemente comenzó a producir destellos de rayos X sin precedentes.
Los primeros indicios de actividad aparecieron a finales de 2019, cuando la galaxia comenzó a brillar inesperadamente, atrayendo la atención de los astrónomos. Tras estudiarla durante varios años, concluyeron que los inusuales cambios observados probablemente se debían a que el agujero negro se había activado repentinamente, entrando en una fase activa. La región central, brillante y compacta, de la galaxia se clasifica ahora como un núcleo galáctico activo, apodado «Ansky».
“Cuando vimos por primera vez a Ansky iluminarse en imágenes ópticas, iniciamos observaciones de seguimiento utilizando el telescopio espacial de rayos X Swift de la NASA y verificamos datos archivados del telescopio de rayos X eROSITA , pero en ese momento no vimos ninguna evidencia de emisiones de rayos X”, dice Paula Sánchez Sáez, investigadora del Observatorio Europeo Austral, Alemania, y líder del equipo que exploró por primera vez la activación del agujero negro.
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| Impresión artística de un agujero negro de masa estelar. CRÉDITO: Agencia Espacial Europea, NASA y Felix Mirabel (Comisión Francesa de Energía Atómica e Instituto de Astronomía y Física Espacial/Conicet de Argentina) |
Ansky se despierta
Luego, en febrero de 2024, un equipo dirigido por Lorena Hernández-García, investigadora de la Universidad de Valparaíso, Chile, comenzó a ver ráfagas de rayos X de Ansky a intervalos casi regulares.
Este inusual evento brinda a los astrónomos la oportunidad de observar el comportamiento de un agujero negro en tiempo real, utilizando los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton y NICER , Chandra y Swift de la NASA . Este fenómeno se conoce como erupción cuasiperiódica o ECP. Las ECP son erupciones de corta duración. Y esta es la primera vez que observamos un evento de este tipo en un agujero negro que parece estar despertando, explica Lorena.
El primer episodio de QPE se descubrió en 2019, y desde entonces solo hemos detectado unos pocos más. Aún no entendemos qué los causa. Estudiar Ansky nos ayudará a comprender mejor los agujeros negros y su evolución.
XMM-Newton jugó un papel fundamental en nuestro estudio. Es el único telescopio de rayos X con la sensibilidad suficiente para detectar la tenue luz de fondo de rayos X entre los estallidos. Con XMM-Newton pudimos medir la opacidad de Ansky, lo que nos permitió calcular cuánta energía libera cuando se ilumina y comienza a destellar.
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| La misión Antena Espacial de Interferometría Láser (LISA) de la ESA será el primer observatorio espacial dedicado a detectar ondas en el espacio-tiempo. Estas ondas, llamadas ondas gravitacionales, se emiten durante algunos de los eventos más potentes del Universo, como las colisiones de agujeros negros. LISA es el primer proyecto científico para detectar y estudiar ondas gravitacionales desde el espacio. La misión consiste en una constelación de tres naves espaciales idénticas, volando en formación. Orbitarán el Sol siguiendo a la Tierra, formando un triángulo equilátero en el espacio. Cada lado del triángulo tendrá 2,5 millones de kilómetros de longitud (más de seis veces la distancia Tierra-Luna), y las naves intercambiarán rayos láser a lo largo de esta distancia. Liderada por la ESA, LISA es una colaboración entre la ESA, las agencias espaciales de sus Estados miembros, la NASA y un consorcio internacional de científicos (el consorcio LISA). [Descripción de la imagen: Ilustración que muestra dos agujeros negros fusionándose y creando ondas en el tejido del espacio-tiempo. Se ven algunas galaxias al fondo. En primer plano, se traza un triángulo con líneas rojas brillantes. Esto representa la posición de las tres sondas LISA y los rayos láser que viajarán entre ellas.] CRÉDITO: ESA |
Desentrañando comportamientos desconcertantes
La gravedad de un agujero negro captura la materia que se acerca demasiado y puede desgarrarlo. La materia de una estrella capturada, por ejemplo, se dispersaría en un disco caliente, brillante y de rápida rotación llamado disco de acreción. Actualmente, se cree que los QPE son causados por un objeto (que podría ser una estrella o un pequeño agujero negro) que interactúa con este disco de acreción y se han vinculado a la destrucción de una estrella. Sin embargo, no hay evidencia de que Ansky haya destruido una estrella.
Las extraordinarias características de las explosiones recurrentes de Ansky impulsaron al equipo de investigación a considerar otras posibilidades. El disco de acreción podría estar formado por gas capturado por el agujero negro de su vecindad, y no por una estrella desintegrada. En este escenario, las erupciones de rayos X provendrían de choques altamente energéticos en el disco, provocados por un pequeño objeto celeste que atraviesa y perturba repetidamente el material en órbita.
“Las ráfagas de rayos X de Ansky son diez veces más largas y diez veces más luminosas que lo que vemos en un QPE típico”, dice Joheen Chakraborty, miembro del equipo y estudiante de doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, EE. UU.
Cada una de estas erupciones libera cien veces más energía que la observada en otros lugares. Las erupciones de Ansky también muestran la cadencia más larga jamás observada, de aproximadamente 4,5 días. Esto pone a prueba nuestros modelos y desafía nuestras ideas sobre cómo se generan estos destellos de rayos X.
Observando un agujero negro en acción
Poder observar la evolución de Ansky en tiempo real es una oportunidad sin precedentes para que los astrónomos aprendan más sobre los agujeros negros y los eventos energéticos que alimentan.
“En el caso de los QPE, todavía estamos en el punto en el que tenemos más modelos que datos y necesitamos más observaciones para comprender qué está sucediendo”, afirma el investigador de la ESA y astrónomo de rayos X, Erwan Quintin.
Pensábamos que los QPE se debían a pequeños objetos celestes capturados por otros mucho más grandes y que descendían en espiral hacia ellos. Las erupciones de Ansky parecen indicar una historia diferente. Es probable que estos estallidos repetitivos también estén asociados con ondas gravitacionales que la futura misión LISA de la ESA podría captar.
Es crucial contar con estas observaciones de rayos X que complementarán los datos de ondas gravitacionales y nos ayudarán a resolver el enigmático comportamiento de los agujeros negros masivos.
Notas para los editores
El descubrimiento de erupciones cuasiperiódicas extremas en un agujero negro masivo de reciente acreción, realizado por L. Hernandez-García et al., se publica hoy en Nature Astronomy . DOI 10.1038/s41550-025-02523-9.
La Dra. Lorena Hernández-García es también investigadora del Instituto Milenio de Astrofísica y del Núcleo Milenio TITANS , Chile.
SDSS1335+0728: El despertar de un agujero negro de ∼10 6 M⊙ de P. Sánchez-Sáez et al. fue publicado en la edición de agosto de 2024 de Astronomy & Astrophysics .
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Relaciones con los medios de la ESA
Publicado en ESA el 11 de abril del 2025, enlace publicación.
