José Luis Olivares, MIT
En diciembre de 2020, los astrónomos detectaron un inusual estallido de luz en una galaxia a aproximadamente 848 millones de años luz de distancia, una región con un agujero negro supermasivo en el centro que había estado en gran medida tranquila hasta entonces. La energía de la explosión disminuyó misteriosamente aproximadamente cada 8,5 días antes de que el agujero negro volviera a calmarse, similar a tener un caso de hipo celestial.
Ahora los científicos creen haber descubierto el motivo de este comportamiento inusual. El agujero negro supermasivo está orbitado por un agujero negro más pequeño que periódicamente atraviesa el disco de acreción del objeto más grande durante su viaje, liberando una columna de gas. Esto sugiere que los discos de acreción de los agujeros negros podrían no ser tan uniformes como pensaban los astrónomos, según un nuevo artículo publicado en la revista Science Advances.
El coautor Dheeraj «DJ» Pasham del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT notó la alerta comunitaria que se disparó después de que All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) detectara la llamarada, denominada ASASSN-20qc. Estaba intrigado y todavía le quedaba algo de tiempo en el telescopio de rayos X, llamado NICER (el Explorador de la composición interior de la estrella de neutrones) a bordo de la Estación Espacial Internacional. Dirigió el telescopio a la galaxia de interés y recopiló datos durante unos cuatro meses, después de lo cual la llamarada se apagó.
Pasham notó un patrón extraño mientras analizaba los datos de esos cuatro meses. Las ráfagas de energía disminuyen cada 8,5 días en el régimen de rayos X, de forma muy similar a como el brillo de una estrella puede atenuarse brevemente cada vez que un planeta en órbita se cruza por delante. Pasham estaba desconcertado sobre qué tipo de objeto podría causar un efecto similar en toda una galaxia. Fue entonces cuando se topó con un artículo teórico de físicos checos que sugerían que era posible que un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia tuviera un agujero negro más pequeño en órbita; predijeron que, en las circunstancias adecuadas, esto podría producir un efecto periódico como el que Pasham había observado en sus datos de rayos X.
Simulación por computadora de un agujero negro de masa intermedia que orbita alrededor de un agujero negro supermasivo y genera columnas de gas periódicas que pueden explicar las observaciones.
Petra Sukova, Instituto Astronómico de la CAS
«Estaba muy entusiasmado con esta teoría e inmediatamente le envié un correo electrónico para decir: ‘Creo que estamos observando exactamente lo que predijo su teoría'», dijo Pasham. Unieron fuerzas para realizar simulaciones incorporando los datos de NICER y los resultados respaldaron la teoría. Se estima que el agujero negro en el centro de la galaxia tiene una masa de 50 millones de soles. Dado que no hubo ninguna explosión antes de diciembre de 2020, el equipo cree que, como mucho, solo había un débil disco de acreción alrededor de ese agujero negro y un agujero negro en órbita más pequeño de entre 100 y 10.000 masas solares que eludió la detección debido a eso.
Entonces, ¿qué cambió? Pasham et al. sugieren que una estrella cercana quedó atrapada en la atracción gravitacional del agujero negro supermasivo en diciembre de 2020 y fue destrozada, lo que se conoce como evento de perturbación de mareas (TDE). Como se informó anteriormente, en un TDE, parte de la masa original de la estrella destrozada es expulsada violentamente hacia afuera. Esto, a su vez, puede formar un disco de acreción alrededor del agujero negro que emite potentes rayos X y luz visible. Los chorros son una forma en que los astrónomos pueden inferir indirectamente la presencia de un agujero negro. Esas emisiones de salida normalmente ocurren poco después del TDE.
Eso parece ser lo que sucedió en el sistema actual para provocar la repentina llamarada en el agujero negro supermasivo primario. Ahora tenía un disco de acreción mucho más brillante, por lo que cuando su compañero, el agujero negro más pequeño, pasó a través del disco, se emitieron columnas de gas más grandes de lo habitual. Quiso la suerte que esa columna apuntara en dirección a un telescopio de observación.
Los astrónomos conocen desde hace tiempo los sistemas binarios de agujeros negros llamados «David y Goliat», pero «esta es una bestia diferente», dijo Pasham. “No se ajusta a nada de lo que sabemos sobre estos sistemas. Estamos viendo evidencia de objetos que entran y atraviesan el disco, en diferentes ángulos, lo que desafía la imagen tradicional de un simple disco gaseoso alrededor de agujeros negros. Creemos que existe una enorme población de estos sistemas”.
Avances científicos, 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adj8898 (Acerca de los DOI).