El agujero negro de nuestra galaxia, como una verbena

Mientras que algunas llamaradas son destellos débiles que duran apenas unos segundos, otras son erupciones cegadoras y brillantes que se producen a diario. También hay destellos aún más débiles que se mantienen durante meses. El nivel de actividad se produce en un amplio intervalo de tiempo, desde breves interludios hasta períodos prolongados, según publican los autores en 'The Astrophysical Journal Letters'.

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José Manuel Nieves

«Se espera que se produzcan llamaradas en prácticamente todos los agujeros negros supermasivos, pero nuestro agujero negro es único», dice Farhad Yusef-Zadeh, profesor de física y astronomía en Northwestern , quien dirigió el estudio. «Siempre está repleto de actividad y nunca parece alcanzar un estado estable. Observamos el agujero negro varias veces a lo largo de 2023 y 2024, y notamos cambios en cada observación. Vimos algo diferente cada vez, lo cual es realmente notable. Nada permaneció igual».

Para realizar el estudio, Yusef-Zadeh y su equipo utilizaron la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del JWST, que puede observar simultáneamente dos colores infrarrojos durante largos períodos de tiempo. Con la herramienta de obtención de imágenes, los investigadores observaron Sagitario A* durante un total de 48 horas, en incrementos de 8 a 10 horas a lo largo de un año. Esto permitió a los científicos rastrear cómo cambiaba el agujero negro con el tiempo.

Aunque Yusef-Zadeh esperaba ver llamaradas, Sagitario A* fue más activo de lo que había previsto. En pocas palabras: las observaciones revelaron fuegos artificiales continuos de distintos brillos y duraciones. El disco de acreción que rodea al agujero negro generó de cinco a seis grandes llamaradas por día y varias pequeñas subllamaradas entre medias.

«En nuestros datos, vimos un brillo en constante cambio y efervescencia», afirma Yusef-Zadeh. «Y entonces, ¡boom!, de repente, apareció una gran explosión de brillo. Luego, se calmó de nuevo. No pudimos encontrar un patrón en esta actividad. Parece ser aleatoria. El perfil de actividad del agujero negro era nuevo y emocionante cada vez que lo mirábamos».

Aunque los astrofísicos aún no comprenden por completo los procesos que intervienen, Yusef-Zadeh sospecha que hay dos procesos distintos que son responsables de las explosiones cortas y las llamaradas más largas. Si el disco de acreción es un río, entonces los destellos cortos y débiles son como pequeñas ondas que fluctúan aleatoriamente en la superficie del río. Sin embargo, las llamaradas más largas y brillantes se parecen más a maremotos, causados por eventos más significativos.

El investigador postula que pequeñas perturbaciones dentro del disco de acreción probablemente generen los destellos débiles. En concreto, las fluctuaciones turbulentas dentro del disco pueden comprimir el plasma (un gas caliente cargado eléctricamente) y provocar una explosión temporal de radiación. Yusef-Zadeh compara el evento con una llamarada solar.

«Es similar a cómo el campo magnético del Sol se concentra, se comprime y luego provoca una erupción solar», explica. «Por supuesto, los procesos son más intensos porque el entorno alrededor de un agujero negro es mucho más energético y mucho más extremo. Pero la superficie del Sol también burbujea de actividad».

Por otro lado, las grandes y brillantes llamaradas se atribuyen a eventos de reconexión magnética, un proceso en el que dos campos magnéticos chocan y liberan energía en forma de partículas aceleradas. Estas partículas, que viajan a velocidades cercanas a la de la luz, emiten brillantes ráfagas de radiación.

«Un evento de reconexión magnética es como una chispa de electricidad estática, que, en cierto sentido, también es una 'reconexión eléctrica'», dijo Yusef-Zadeh.

Como la cámara NIRCam del JWST puede observar dos longitudes de onda distintas (2,1 y 4,8 micrones) al mismo tiempo, Yusef-Zadeh y sus colaboradores pudieron comparar cómo cambiaba el brillo de las llamaradas con cada longitud de onda. Yusef-Zadeh dijo que capturar la luz en dos longitudes de onda es como «ver en color en lugar de en blanco y negro». Al observar Sagitario A* en múltiples longitudes de onda, capturó una imagen más completa y matizada de su comportamiento.

Una vez más, los investigadores se llevaron una sorpresa. Inesperadamente, descubrieron que los eventos observados en la longitud de onda más corta cambiaban el brillo ligeramente antes que los eventos de longitud de onda más larga.

«Es la primera vez que vemos un retraso en las mediciones en estas longitudes de onda», dice Yusef-Zadeh. «Observamos estas longitudes de onda simultáneamente con NIRCam y notamos que la longitud de onda más larga se retrasa muy poco con respecto a la más corta, quizás entre unos pocos segundos y 40 segundos».

Este retraso temporal proporcionó más pistas sobre los procesos físicos que ocurren alrededor del agujero negro. Una explicación es que las partículas pierden energía a lo largo de la llamarada, perdiendo energía más rápido en longitudes de onda más cortas que en longitudes de onda más largas. Tales cambios son esperables para partículas que giran en espiral alrededor de líneas de campo magnético.

Para explorar más a fondo estas cuestiones, Yusef-Zadeh espera utilizar el JWST para observar Sagitario A* durante un período de tiempo más largo. Recientemente presentó una propuesta para observar el agujero negro durante 24 horas ininterrumpidas. El período de observación más largo ayudará a reducir el ruido, lo que permitirá a los investigadores ver detalles aún más finos.

Los nuevos hallazgos podrían ayudar a los físicos a comprender mejor la naturaleza fundamental de los agujeros negros, cómo interactúan con sus entornos circundantes y la dinámica y evolución de nuestro propio hogar galáctico.