Los espectros de rayos X proporcionan la imagen más nítida hasta la fecha de un agujero negro que gira rápidamente

Por Matthew Williams, Universe Today

Editado por Lisa Lock , revisado por Robert Egan.

La Misión de Imágenes y Espectroscopia de Rayos X (XRISM), una misión conjunta entre la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) y la NASA, se lanzó el 7 de septiembre de 2023. Sus avanzados filtros de imágenes y espectrómetros fueron diseñados para estudiar agujeros negros y estrellas de neutrones, así como para detectar el plasma caliente en el medio intergaláctico. Junto con la Misión de Espejos Múltiples de Rayos X Newton (XMM-Newton) de la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Telescopio Espectroscópico Nuclear (NuSTAR) de la NASA, XRISM ha proporcionado el espectro de rayos X más nítido jamás obtenido del icónico MCG–6-30-15.

Representación artística de las regiones más internas alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de MCG-6-30-15 y los espectros obtenidos por XRISM/Resolve (recuadro). Crédito: CfA/Melissa Weiss

Situada a 120,7 millones de años luz de la Tierra, esta galaxia Seyfert de tipo 1 se caracteriza por su espectro de rayos X variable y un agujero negro supermasivo central (SMBH), con una masa estimada de aproximadamente 2 millones de masas solares. El equipo de investigación, liderado por Laura Brenneman del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), ha logrado aislar la amplia línea de emisión de hierro y la "reflexión" asociada, indicativas de un SMBH que gira rápidamente. Gracias a la incomparable resolución espectral del XRISM, el equipo pudo estudiar el entorno inmediato del agujero negro (que incluye un disco de acreción que se extiende cerca de su horizonte de sucesos).

Desde hace tiempo, los astrónomos sospechan que una gran parte de las emisiones de rayos X provenientes de esta galaxia se originan en materia muy cercana a su agujero negro supermasivo (ABM). Sin embargo, los telescopios de rayos X anteriores carecían de la resolución necesaria para separar las distintas líneas de emisión y absorción en este rango de energía, lo que les impedía investigar esta teoría. En las regiones cercanas al horizonte de sucesos de un ABM, la gravedad altera radicalmente la curvatura del espacio-tiempo (en consonancia con la Teoría de la Relatividad General de Einstein), lo que dificulta la distinción entre las señales luminosas que se originan cerca del horizonte de sucesos y las que provienen de nubes de gas más distantes.

Al combinar datos de ultra alta resolución del instrumento de rayos X "Resolve" de XRISM con la potencia de banda ancha de XMM-Newton y NuSTAR, el equipo obtuvo datos que les permitieron separar las líneas de emisión y absorción de estas dos fuentes. Como explicó Brenneman en un comunicado de prensa de CfA : "Los agujeros negros astrofísicos solo tienen dos propiedades: masa y espín. Podemos estimar sus masas por varios medios, pero medir sus espines es mucho más difícil y requiere recopilar datos del gas que orbita el agujero negro justo fuera del horizonte de sucesos. Para los agujeros negros supermasivos en núcleos galácticos activos, esto se logra mejor obteniendo espectros de rayos X con una alta relación señal-ruido y resolución espectral".

El estudio, publicado recientemente en The Astrophysical Journal , confirmó la presencia de una línea de emisión de hierro distorsionada en el espectro de rayos X. Esto proporciona la primera evidencia de material orbitando a una velocidad cercana a la de la luz cerca del horizonte de sucesos, en lugar de vientos galácticos que fluyen entre la Tierra y la galaxia. Esta región, sugieren, produce aproximadamente 50 veces más reflexión de rayos X que las nubes de gas más distantes. Un estudio complementario, liderado por el coautor Daniel R. Wilkins de la Universidad Estatal de Ohio y presentado recientemente a The Astrophysical Journal , se basa en estos resultados analizando los espectros en diferentes momentos de observación.

Según Brennerman, estos resultados demuestran cómo los astrónomos pueden usar XRISM para confirmar y refinar mediciones previas de la velocidad de rotación de los agujeros negros obtenidas a partir de espectros de rayos X de menor resolución. Su estudio también reveló datos cruciales sobre la corona del agujero negro supermasivo (SMBH) , la región de mil millones de grados que se extiende por encima y por debajo del disco de acreción. Esta región es responsable de producir la mayor parte de la emisión de rayos X de un SMBH y ha sido durante mucho tiempo un misterio en astrofísica.

Su estudio también ha revelado al menos cinco zonas distintas de un viento creado e impulsado por la acreción sobre el agujero negro. Brennerman dijo: "Queremos volver a examinar todas las fuentes para las que tenemos espectros de menor resolución y observarlas con XRISM, y decir: 'Bien, ahora que estamos seguros de que podemos separar las características estrechas de las anchas, ¿qué tan precisas fueron nuestras mediciones de rotación anteriores?'"

"Comprender estos vientos, además de la rotación del agujero negro, es importante porque nos permiten saber cómo crecen y evolucionan las galaxias, ya sea principalmente mediante la acumulación de gas o mediante fusiones con otras galaxias y agujeros negros. Por lo tanto, medir con precisión estas dos magnitudes nos proporciona una visión integral de la relación simbiótica entre los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas."

Detalles de la publicación

Laura W. Brenneman et al., Una visión más nítida del espectro de rayos X de MCG–6-30-15 con XRISM, XMM-Newton y NuSTAR, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae1225

Información de la revista: Revista Astrofísica 

Proporcionado por Universe Today 

Publicado en Phys.org el 10 de enero del 2026, enlace publicación.