El año pasado, los astrónomos descubrieron un agujero negro inactivo en una galaxia distante que estalló después de triturar y consumir una estrella que pasa. Ahora los investigadores han identificado una señal distintiva de rayos X observada en los días posteriores al estallido que proviene de la materia a punto de caer en el agujero negro.
Esta señal reveladora, llamada oscilación cuasi periódica o QPO, es un rasgo característico de los discos de acreción que a menudo rodean los objetos más compactos del universo: estrellas enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Se han visto QPO en muchos agujeros negros de masa estelar, y hay evidencia tentadora de ellos en algunos agujeros negros que pueden tener masas de peso medio entre 100 y 100,000 veces el sol.
Hasta el nuevo hallazgo, los QPO se habían detectado alrededor de un solo agujero negro supermasivo, el tipo que contiene millones de masas solares y ubicado en los centros de las galaxias. Ese objeto es la galaxia de tipo Seyfert REJ 1034 + 396, que a una distancia de 576 millones de años luz se encuentra relativamente cerca.
“Este descubrimiento extiende nuestro alcance al borde más interno de un agujero negro ubicado a miles de millones de años luz de distancia, lo cual es realmente sorprendente. Esto nos da la oportunidad de explorar la naturaleza de los agujeros negros y probar la relatividad de Einstein en un momento en que el universo era muy diferente de lo que es hoy ", dijo Rubens Reis, becario postdoctoral de Einstein en la Universidad de Michigan en Ann Arbor. Reis dirigió el equipo que descubrió la señal QPO utilizando datos de los telescopios en órbita Suzaku y XMM-Newton, un hallazgo descrito en un artículo publicado hoy en Science Express.
La fuente de rayos X conocida como Swift J1644 + 57, después de sus coordenadas astronómicas en la constelación Draco, fue descubierta el 28 de marzo de 2011 por el satélite Swift de la NASA. Originalmente se suponía que era un tipo de estallido más común llamado explosión de rayos gamma, pero su desvanecimiento gradual no coincidía con nada que se hubiera visto antes. Los astrónomos pronto convergieron en la idea de que lo que estaban viendo era las secuelas de un evento verdaderamente extraordinario: el despertar del agujero negro inactivo de una galaxia distante mientras trituraba y engullía una estrella que pasaba. La galaxia está tan lejos que la luz del evento tuvo que viajar 3.900 millones de años antes de llegar a la Tierra.
Información del video: El 28 de marzo de 2011, Swift de la NASA detectó intensas erupciones de rayos X que se cree que son causadas por un agujero negro que devora una estrella. En un modelo, ilustrado aquí, una estrella similar al sol en una órbita excéntrica se hunde demasiado cerca del agujero negro central de su galaxia. Aproximadamente la mitad de la masa de la estrella alimenta un disco de acreción alrededor del agujero negro, que a su vez alimenta un chorro de partículas que emite radiación hacia la Tierra. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Laboratorio de Imagen Conceptual
La estrella experimentó mareas intensas cuando llegó a su punto más cercano al agujero negro y se desgarró rápidamente. Parte de su gas cayó hacia el agujero negro y formó un disco a su alrededor. La parte más interna de este disco se calentó rápidamente a temperaturas de millones de grados, lo suficientemente caliente como para emitir rayos X. Al mismo tiempo, a través de procesos que aún no se entienden completamente, se formaron chorros opuestos dirigidos perpendicularmente al disco formado cerca del agujero negro. Estos chorros arrojaron materia hacia afuera a velocidades superiores al 90 por ciento de la velocidad de la luz a lo largo del eje de giro del agujero negro. Uno de estos aviones acaba de apuntar directamente a la Tierra.
Nueve días después del estallido, Reis, Strohmayer y sus colegas observaron Swift J1644 + 57 utilizando Suzaku, un satélite de rayos X operado por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón con participación de la NASA. Aproximadamente diez días después, comenzaron una campaña de monitoreo más larga utilizando el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.
“Debido a que la materia en el avión se movía muy rápido y estaba en ángulo casi dentro de nuestra línea de visión, los efectos de la relatividad aumentaron su señal de rayos X lo suficiente como para que pudiéramos atrapar el QPO, que de lo contrario sería difícil de detectar a una distancia tan grande ", Dijo Tod Strohmayer, astrofísico y coautor del estudio en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
A medida que el gas caliente en el disco más interno se mueve en espiral hacia un agujero negro, llega a un punto que los astrónomos llaman la órbita circular más estable (ISCO). Cada vez más cerca del agujero negro y el gas se sumerge rápidamente en el horizonte de eventos, el punto de no retorno. El gas en espiral hacia adentro tiende a acumularse alrededor de la ISCO, donde se calienta tremendamente e irradia una inundación de rayos X. El brillo de estos rayos X varía en un patrón que se repite en un intervalo casi regular, creando la señal QPO.
Los datos muestran que el QPO de Swift J1644 + 57 realiza un ciclo cada 3,5 minutos, lo que coloca su región de origen entre 2.2 y 5.8 millones de millas (4 a 9.3 millones de kilómetros) desde el centro del agujero negro, la distancia exacta depende de qué tan rápido el agujero negro está girando Para poner esto en perspectiva, la distancia máxima es de solo 6 veces el diámetro de nuestro sol. La distancia desde la región QPO hasta el horizonte de eventos también depende de la velocidad de rotación, pero para un agujero negro que gira a la velocidad máxima permitida, el horizonte está justo dentro de la ISCO.
"Los QPO nos envían información desde el borde del agujero negro, que es donde los efectos de la relatividad se vuelven más extremos", dijo Reis. "La capacidad de obtener información sobre estos procesos a una distancia tan grande es un resultado realmente hermoso y promete mucho".
Título de la imagen principal: Esta ilustración resalta las características principales de Swift J1644 + 57 y resume lo que los astrónomos han descubierto al respecto. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
