El agujero negro supermasivo que come tres veces al día

Los científicos habían encontrado previamente dos agujeros negros de «masa estelar» (que pesan aproximadamente 10 veces la masa del Sol) que ocasionalmente experimentaban explosiones regulares, pero este comportamiento no se había detectado en un agujero negro supermasivo hasta ahora. Los investigadores estiman que el agujero de GSN 069 está consumiendo material equivalente a cuatro lunas aproximadamente tres veces al día.

«Este agujero negro tiene una dieta como nunca habíamos visto antes», dice Giovanni Miniutti, del Centro de Astrobiología (CAB), el primer autor del artículo publicado en «Nature» que describe estos resultados. «Este comportamiento es tan inédito que tuvimos que acuñar una nueva expresión para describirlo: erupciones cuasi periódicas de rayos X».

El XMM-Newton de la ESA fue el primero en observar este fenómeno en GSN 069 con la detección de dos ráfagas el 24 de diciembre de 2018. Miniutti y sus colegas prosiguieron las observaciones el 16 y 17 de enero de 2019, y encontraron cinco ráfagas. Las observaciones de Chandra menos de un mes después, el 14 de febrero, revelaron tres adicionales.

«Al combinar datos de estos dos observatorios de rayos X, hemos seguido estas ráfagas periódicas durante al menos 54 días», dice el coautor Richard Saxton, del Centro Europeo de Astronomía Espacial en Madrid. «Esto nos da una oportunidad única para presenciar el flujo de materia en un agujero negro supermasivo que se acelera y se ralentiza repetidamente».

Durante los estallidos, la emisión de rayos X se vuelve aproximadamente 20 veces más brillante que durante los momentos de silencio. La temperatura del gas que cae hacia el agujero negro también sube, de aproximadamente 555.500º C durante los períodos tranquilos a aproximadamente 1.388.871º C durante los arrebatos. La temperatura de este último es similar a la del gas que se encuentra alrededor de los agujeros negros supermasivos que crecen más activamente.

El origen de este gas caliente ha sido un misterio de larga data porque parece estar demasiado caliente para asociarse con el disco de materia que cae alrededor de los agujeros negros. Aunque su origen también es un misterio en GSN 069, la capacidad de estudiar un agujero negro supermasivo donde el gas caliente se forma repetidamente y luego desaparece puede proporcionar pistas importantes.

«Creemos que el origen de la emisión de rayos X es una estrella que el agujero negro se ha roto parcial o completamente y está consumiendo lentamente poco a poco», dijo la coautora Margherita Giustini, también del Centro de Astrobiología de la ESA. «Pero en cuanto a las ráfagas repetidas, esta es una historia completamente diferente cuyo origen necesita ser estudiado con más datos y nuevos modelos teóricos».

El consumo de gas de una estrella interrumpida por un agujero negro supermasivo se ha observado antes, pero nunca acompañado de ráfagas de rayos X repetitivas. Los autores sugieren que hay dos posibles explicaciones para las explosiones. Una es que la cantidad de energía en el disco se acumula hasta que se vuelve inestable y la materia cae rápidamente en el agujero negro produciendo las explosiones. El ciclo luego se repetiría. Otra es que hay una interacción entre el disco y un cuerpo secundario que orbita el agujero negro, quizás el remanente de la estrella parcialmente interrumpida.

Los datos de Chandra fueron cruciales para este estudio porque pudieron mostrar que la fuente de rayos X se encuentra en el centro de la galaxia anfitriona, que es donde se espera que esté un agujero negro supermasivo. La combinación de datos de Chandra y XMM-Newton implica que el tamaño y la duración de las comidas del agujero negro han disminuido ligeramente, y la brecha entre las comidas ha aumentado. Las observaciones futuras serán cruciales para ver si la tendencia continúa.

Los agujeros negros supermasivos suelen ser más grandes que GSN 069, con masas de millones o incluso miles de millones de soles. Cuanto más grande sea el agujero negro, más lentas serán sus fluctuaciones en el brillo, por lo que en lugar de erupcionar cada nueve horas, deberían hacerlo cada pocos meses o años, lo que probablemente explica por qué las erupciones cuasi periódicas nunca se vieron antes.

En algunos casos, se han observado ejemplos de grandes aumentos o disminuciones en la cantidad de rayos X producidos por los agujeros negros, utilizando observaciones repetidas durante meses o incluso años. Los cambios en algunos objetos son mucho más rápidos de lo esperado por la teoría estándar de los discos de materia que caen alrededor de los agujeros negros, pero podrían explicarse naturalmente si experimentaran un comportamiento similar a GSN 069.