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| En este concepto artístico, la materia se desprende de una enana blanca (esfera abajo a la derecha) que orbita en el disco de acreción más interno que rodea el agujero negro supermasivo de 1ES 1927+654. Los astrónomos desarrollaron este escenario para explicar la evolución de las rápidas oscilaciones de rayos X detectadas por el satélite XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea). La misión LISA (Antena Espacial de Interferómetro Láser) de la ESA, cuyo lanzamiento está previsto para la próxima década, debería ser capaz de confirmar la presencia de una enana blanca en órbita mediante la detección de las ondas gravitacionales que produce. NASA/Aurore Simonnet, Universidad Estatal de Sonoma |
En el año 2018, los astrónomos hicieron una observación sin precedentes: la corona de 1ES 1927+654, un agujero negro con una masa de 1.4 millones de veces la del Sol y situado en una galaxia a unos 270 millones de años luz de distancia, desapareció repentinamente, solo para volver a formarse meses después. Este cierre breve pero dramático fue un acontecimiento sin precedentes en la astronomía de agujeros negros. Ahora, gracias al observatorio XMM-Newton de la ESA, los astrónomos han descubierto que este mismo agujero negro muestra un comportamiento aún más inusual. Detectaron destellos de rayos X provenientes de 1ES 1927+654 a un ritmo cada vez mayor. Durante un período de dos años, la frecuencia de estos destellos en oscilaciones de milihertzios aumentó de cada 18 minutos a cada siete minutos. Nunca antes se había observado esta aceleración dramática en los rayos X provenientes de un agujero negro.
Los agujeros negros son predicciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Son monstruos gravitacionales que atrapan cualquier pieza de materia o energía que cruce su "superficie", una región del espacio-tiempo conocida como el horizonte de eventos.
Durante su descenso final hacia el agujero negro, un proceso conocido como acreción, la materia forma un disco alrededor del agujero negro. El gas en el disco de acreción se calienta y emite principalmente luz ultravioleta (UV).
Los rayos UV interactúan con una nube de gas eléctricamente cargado, o plasma, que rodea al agujero negro y al disco de acreción. Esta nube es conocida como la corona y las interacciones dotan a los rayos UV de energía, elevándolos a rayos X, que XMM-Newton puede capturar.
XMM-Newton ha estado observando 1ES 1927+654 desde 2011, y hasta entonces, todo parecía bastante normal.
Sin embargo, en 2018, la situación cambió drásticamente. El agujero negro experimentó una gran explosión que pareció perturbar su entorno, y la corona de rayos X desapareció.
Con el tiempo, la corona volvió a aparecer, y para principios de 2021 parecía haberse restaurado la normalidad.
Pero en julio de 2022, XMM-Newton comenzó a observar que la emisión de rayos X variaba significativamente, cambiando en niveles de alrededor del 10% en escalas de tiempo de entre 400 y 1,000 segundos.
Las oscilaciones cuasi-periódicas (QPO) son variaciones notoriamente difíciles de detectar en agujeros negros supermasivos.
"Esta fue nuestra primera señal de que algo extraño estaba ocurriendo", comentó Megan Masterson, una estudiante de doctorado en el MIT.
Las oscilaciones podrían indicar que un objeto masivo, como una estrella, está incrustado en el disco de acreción y orbita rápidamente el agujero negro, camino a ser devorado.
A medida que el objeto se acerca al agujero negro, el tiempo de su órbita disminuye, aumentando la frecuencia de las oscilaciones.
Los cálculos sugieren que este objeto es probablemente una enana blanca, un cadáver estelar con aproximadamente 0.1 veces la masa del Sol, moviéndose a una velocidad increíble.
Este objeto completaba una órbita del agujero negro central, cubriendo una distancia de unos 100 millones de km, cada dieciocho minutos aproximadamente. Luego, las cosas se volvieron aún más extrañas.
Durante casi dos años, XMM-Newton mostró que las oscilaciones aumentaban en fuerza y frecuencia, pero no de la manera esperada.
Los investigadores pensaron que la energía orbital del objeto se emitía como ondas gravitacionales, según la teoría de la relatividad general.
Para probar esta idea, calcularon el momento en que el objeto cruzaría el horizonte de eventos, desapareciendo de la vista y deteniendo las oscilaciones, lo cual estimaron que ocurriría el 4 de enero de 2024.
"Nunca antes en mi carrera había podido hacer una predicción tan precisa", dijo la Dra. Erin Kara del MIT.
En marzo de 2024, XMM-Newton observó de nuevo, y las oscilaciones seguían presentes.
El objeto ahora viajaba a la mitad de la velocidad de la luz, completando una órbita cada siete minutos.
Cualquiera que fuese el objeto en el disco de acreción, parecía resistirse a ser devorado por el agujero negro.
Esto llevó a considerar que podría haber más factores en juego que solo ondas gravitacionales, o que toda la hipótesis necesitaba revisarse.
Los astrónomos también contemplaron otra posibilidad para el origen de las oscilaciones.
Recordando la desaparición de la corona de rayos X en 2018, se preguntaron si esta nube podría estar oscilando.
El problema era que no hay una teoría establecida para explicar tal comportamiento, por lo que, sin un camino claro para avanzar, volvieron al modelo original, y descubrieron una forma de modificarlo.
"Si el agujero negro tiene una compañera enana blanca, las ondas gravitacionales que produce serán detectables por LISA, una misión de la ESA en colaboración con la NASA que se espera lanzar en la próxima década", dijo Masterson.