Los rayos X de un agujero negro supermasivo cercano se aceleran misteriosamente
Su origen podría ser el núcleo de una estrella muerta que se tambalea en el borde del agujero negro, informan astrónomos del MIT.
Jennifer Chu | MIT News
En esta representación artística, un chorro de materia sigue a una enana blanca orbitando dentro del disco de acreción más interno que rodea el agujero negro supermasivo de 1ES 1927. Cortesía: Aurore Simonnet / Sonoma State University
Un agujero negro supermasivo ha mantenido a los astrónomos pegados a sus visores durante los últimos años. Primero sorprendió con una misteriosa desaparición, y ahora, con un inestable resurgir.
El protagonista de este enigma cósmico es 1ES 1927+654, un agujero negro cuya masa equivale a la de un millón de soles y que se encuentra a 100 millones de años luz de distancia. En 2018, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, y de otras instituciones detectaron un fenómeno sin precedentes: la súbita desaparición de la corona del agujero negro, una nube de plasma caliente y turbulento que normalmente lo rodea.
Meses después, para sorpresa de todos, la corona comenzó a reconstituirse. Este breve pero extraordinario apagón marcó un hito en la astronomía de agujeros negros, y dejó abiertas nuevas preguntas sobre la dinámica de estos colosos celestiales.
Espectacular aceleración de los rayos X
Miembros del equipo del MIT han captado ahora al mismo agujero negro exhibiendo un comportamiento más inaudito.
Los astrónomos han detectado destellos de rayos X procedentes del agujero negro a un ritmo cada vez mayor. Durante un periodo de dos años, los destellos, con oscilaciones de milihercios, aumentaron su frecuencia de cada dieciocho minutos a cada siete minutos. Esta espectacular aceleración de los rayos X no se había observado hasta ahora en un agujero negro.
Los investigadores barajan varias hipótesis para explicar los destellos. Creen que la más probable es que se trate de una enana blanca giratoria, un núcleo extremadamente compacto de una estrella muerta que orbita alrededor del agujero negro y se acerca precariamente a su horizonte de sucesos, el límite más allá del cual nada puede escapar a la atracción gravitatoria del agujero negro.
Las enanas blancas pueden ser capaces de vivir muy cerca de un horizonte de sucesos
Si este es el caso, la enana blanca debe estar haciendo un impresionante acto de equilibrismo, ya que podría estar acercándose al borde del agujero negro sin llegar a caer en él.
«Este sería el objeto más cercano que conocemos en torno a un agujero negro —afirma Megan Masterson, estudiante de física en el MIT y coautora del descubrimiento. Y añade—: Esto nos dice que objetos como las enanas blancas pueden ser capaces de vivir muy cerca de un horizonte de sucesos durante un periodo de tiempo relativamente prolongado».
Los investigadores han presentado hoy sus hallazgos en la 245ª reunión de la Sociedad Astronómica Norteamericana en National Harbor (Maryland).
En 2018, astrónomos del MIT y de otros centros observaron por primera vez la desaparición y reaparición de la corona de un agujero negro. Una estrella en colisión podría haber desencadenado la drástica transformación. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Una posible fuente de ondas gravitacionales
Si una enana blanca está en el origen del misterioso parpadeo del agujero negro, también emitiría ondas gravitacionales, en un rango que sería detectable por observatorios de nueva generación, como la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA) de la NASA.
«Estos nuevos detectores están diseñados para captar oscilaciones a escala de minutos, por lo que este sistema de agujeros negros se encuentra en ese punto óptimo», afirma Erin Kara, coautora del estudio y profesora de Física en el MIT.
Otros coautores del estudio son los miembros del Kavli del MIT Christos Panagiotou, Joheen Chakraborty, Kevin Burdge, Riccardo Arcodia, Ronald Remillard y Jingyi Wang, junto con colaboradores de otras muchas instituciones.
Nada ordinario
Kara y Masterson fueron parte del equipo que, en 2018, observó cómo la corona del agujero negro 1ES 1927+654 se oscurecía repentinamente para luego reconstruirse de forma gradual. Durante ese proceso, la corona recién formada —una nube de plasma extremadamente energética y rayos X— se convirtió en uno de los objetos emisores de rayos X más brillantes del cielo.
«Seguía siendo increíblemente brillante, aunque durante un par de años no mostró comportamientos nuevos y parecía estabilizarse. Pero sentíamos que teníamos que seguir observándolo, porque era absolutamente fascinante —relata Kara—. Y entonces nos encontramos con algo que nunca antes se había visto».
En 2022, el equipo analizó datos obtenidos por el XMM-Newton, el observatorio espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA) diseñado para detectar y medir emisiones de rayos X de fenómenos cósmicos extremos, como agujeros negros, estrellas de neutrones y cúmulos galácticos. Las observaciones revelaron que los rayos X provenientes del agujero negro pulsaban con una frecuencia creciente.
Un parpadeo insistente
Estas oscilaciones casi periódicas son fenómenos extremadamente raros y solo han sido detectados en un puñado de agujeros negros supermasivos, donde los destellos de rayos X aparecen con una frecuencia regular.
En el caso de 1ES 1927+654, el parpadeo parecía aumentar constantemente, de cada dieciocho minutos a cada siete minutos en el transcurso de dos años.
«Nunca habíamos visto una variabilidad tan drástica en la velocidad a la que parpadea — afirma Masterson—. Esto no se parecía en nada a un agujero negro normal».
El hecho de que el parpadeo se detectara en la banda de rayos X apunta a la fuerte posibilidad de que la fuente se encuentre en algún lugar muy cercano al agujero negro. Las regiones más internas de un agujero negro son entornos de energía extremadamente alta, donde los rayos X son producidos por plasma caliente en rápido movimiento.
Es menos probable que se observen rayos X a distancias mayores, donde el gas puede circular más lentamente en un disco de acreción. El entorno más frío del disco puede emitir luz óptica y ultravioleta, pero rara vez rayos X.
Las imágenes de radio de 1ES 1927+654 muestran estructuras emergentes, probablemente chorros de plasma, erupcionando desde ambos lados del agujero negro tras un destello de radio. En junio de 2023 no se detectaron señales, posiblemente debido al gas caliente que las ocultaba. Sin embargo, en febrero de 2024, las estructuras comenzaron a expandirse desde el centro de la galaxia, abarcando una distancia de aproximadamente medio año luz. Cortesía: NRAO/Meyer at al. 2025
«Ver algo en los rayos X ya te indica que estás bastante cerca del agujero negro —dice Kara. Y continúa—: Cuando ves variabilidad en la escala de minutos, eso está cerca del horizonte de sucesos, y lo primero que te viene a la mente es el movimiento circular, y si algo podría estar orbitando alrededor del agujero negro».
Explosión de rayos X
Lo que producía los destellos de rayos X lo hacía a una distancia extremadamente cercana del agujero negro, que los investigadores estiman en unos pocos millones de kilómetros del horizonte de sucesos.
Masterson y Kara exploraron modelos para varios fenómenos astrofísicos que podrían explicar los patrones de rayos X que observaron, incluida una posibilidad relacionada con la corona del agujero negro.
«Una posibilidad es que esta corona esté oscilando, tal vez hinchándose 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 —explica Masterson. Y añade—: Pero estamos en las primeras etapas de la comprensión de las oscilaciones coronales».
De un millón de masas solares
Un escenario más probable, y que los científicos dominan mejor en términos de la física implicada, tiene que ver con una temeraria enana blanca. «Estas cosas son realmente pequeñas y bastante compactas, y nuestra hipótesis es que es una enana blanca que se está acercando mucho al agujero negro», propone Masterson.
Según su modelado, los investigadores estiman que la enana blanca podría haber tenido aproximadamente una décima parte de la masa delSol. En contraste, el agujero negro supermasivo en sí es del orden de un millón de masas solares.
Cuando un objeto cualquiera se acerca tanto a un agujero negro supermasivo, se espera que se emitan ondas gravitacionales, que arrastran el objeto hacia el agujero negro. A medida que se acerca en su órbita, la enana blanca se mueve a una velocidad mayor, lo que puede explicar la creciente frecuencia de las oscilaciones de rayos X que el equipo observó.
Una enana muy rebelde
La enana blanca se encuentra prácticamente en el precipicio sin retorno, y se calcula que está a unos pocos millones de kilómetros del horizonte de sucesos. Sin embargo, los investigadores predicen que la estrella no caerá hacia dentro.
Aunque la gravedad del agujero negro empuje a la enana blanca hacia el interior, la estrella también está desprendiendo parte de su capa exterior hacia el agujero negro. Este desprendimiento actúa como un pequeño retroceso, de modo que la enana blanca —un objeto increíblemente compacto— puede resistirse a cruzar el límite del agujero negro.
«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 —afirma Kara. Y continúa—: Si este escenario es correcto, esta enana blanca está justo en el punto de inflexión, y podríamos verla alejarse».
El equipo tiene previsto seguir observando el sistema con los telescopios actuales y futuros para comprender mejor la física extrema que se desarrolla en los entornos más recónditos de un agujero negro. Están especialmente interesados en estudiar el sistema cuando se lance el detector espacial de ondas gravitacionales LISA —previsto para mediados de la década de 2030—, ya que las ondas gravitacionales que debería emitir el sistema se encontrarán en un punto óptimo que LISA podrá detectar con claridad.
«Lo que he aprendido con esta fuente es que nunca hay que dejar de observarla porque probablemente nos enseñe algo nuevo— afirma Masterson. Y concluye—: El siguiente paso es simplemente mantener los ojos abiertos». ▪️
Artículo publicado con el permiso de MIT News -Adaptación: Enrique Coperías
Fuente: Megan Masterson et al. Millihertz Oscillations Near the Innermost Orbit of a Supermassive Black Hole. ArXiv (2025). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01581
