El año pasado, los astrónomos descubrieron un agujero negro inactivo en una galaxia distante que produjo una erupción después de triturar y consumir una estrella que se le acercó. Ahora, los investigadores han identificado una distintiva señal de rayos X, observada en los días siguientes a la explosión, que proviene de la materia a punto de caer en el agujero negro

Esta señal delatora, llamada oscilación cuasi-periódica o QPO (quasi-periodic oscillation), es un rasgo característico de los discos de acreción que es habitual que rodeen a los objetos más compactos del universo: estrellas enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Se han observadoo QPOs en muchos agujeros negros de masa estelar, y hay evidencias de que ellos se producen en unos pocos agujeros negros que pueden tener masas de valores que van entre 100 y 100.000 veces la del Sol.

Hasta el nuevo hallazgo, sólo se habían detectado QPOs alrededor de un único agujero negro supermasivo, del tipo que contiene millones de masas solares y están situados en los centros de las galaxias. Ese objeto es la galaxia de tipo Seyfert REJ 1034+396, que está a una distancia de 576 millones de años luz, es decir, se encuentra relativamente cerca.

«Este descubrimiento amplía nuestro alcance hasta el borde interior de un agujero negro situado a miles de millones de años luz de distancia, lo que es realmente asombroso. Esto nos da la oportunidad de explorar la naturaleza de los agujeros negros y a la vez poner a prueba la relatividad de Einstein cuando el universo era muy diferente de lo que es hoy «, dice Rubens Reis, un compañero postdoctoral einstenieano en la Universidad de Michigan en Ann Arbor. Reis dirigió el equipo que descubrió la señal QPO con datos de los telescopios orbitales de rayos-X Suzaku y XMM-Newton, un hallazgo descrito en un artículo publicado esta semana en Science Express.

La fuente de rayos X, conocida como Swift J1644+57 —nombrada por sus coordenadas astronómicas en la constelación del Dragón (Draco)— fue descubierta el 28 de marzo de 2011 por el satélite Swift de la NASA. Se suponía originalmente que era el tipo común de explosión entre los llamados estallidos de rayos gamma, pero su atenuación gradual no coincide con nada de lo que se había visto antes. Los astrónomos coincidieron pronto en la idea de que lo que estaban viendo era la consecuencia de un acontecimiento verdaderamente extraordinario: el despertar del agujero negro dormido en una galaxia distante al triturar y tragarse una estrella pasajera. La galaxia está tan lejos que la luz del suceso tuvo que viajar 3.900 millones de años antes de llegar a la Tierra.

La estrella experimentó intensas mareas, y al alcanzar su punto más cercano al agujero negro muy pronto se rompió en partes. Parte de su gas cayó hacia el agujero negro y formó un disco alrededor de él. 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 comprenden del todo, se formaron chorros dirigidos en direcciones opuestas, perpendiculares al disco y formados cerca del agujero negro. Estos chorros de materia son disparados hacia afuera a velocidades de más de un 90 por ciento de la velocidad de la luz a lo largo de eje de rotación del agujero negro. Uno de estos chorros acaba de hacer un barrido que señalaba directamente a la Tierra.

Nueve días después de la explosión, Reis, Strohmayer y sus colegas observaron a Swift J1644+57 con Suzaku, un satélite de rayos-X operado por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón con la participación de la NASA. Unos diez días más tarde comenzó una campaña de seguimiento más extensa con el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.

«Dado que la materia en el chorro se mueve muy rápido y llegó en ángulo casi en nuestra línea de visión, los efectos de la relatividad aumentaron su señal de rayos X lo suficiente como para que pudiésemos medir el QPO, que de otro modo sería difícil de detectar a una distancia tan grande», dijo Tod Strohmayer, astrofísico y co-autor del estudio en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland

Cuando el gas caliente en el disco más interno cae en espiral en dirección a un agujero negro alcanza un punto que los astrónomos llaman la más profundo órbita estable circular (CIUO, innermost stable circular orbit). Un poco más cerca del agujero negro y el gas se hunde rápidamente en el horizonte de sucesos, el punto de no retorno. El gas que circula en espiral hacia el interior tiende a acumularse alrededor de la CIUO, donde se pone tremendamente caliente y emite un torrente de rayos-X. El brillo de estos rayos X varía en un patrón que se repite a intervalos casi regulares, creando la señal QPO.

Los datos muestran que los QPO de Swift J1644+57 OCP cumplen un ciclo cada 3,5 minutos, lo que coloca su región de origen entre 4 y 9,3 millones de kilómetros del centro del agujero negro, la distancia exacta en función de la velocidad a la que este agujero negro está girando. Para poner esto en perspectiva, la distancia máxima es de sólo alrededor de 6 veces el diámetro de nuestro Sol. La distancia desde la región de QPOs al horizonte de sucesos también depende de la velocidad de rotación, pero para un agujero negro girando a la velocidad máxima que la teoría permite, el horizonte está justo dentro de la CIUO.

«Los QPOs nos envían información desde el borde mismo del agujero negro, que es donde los efectos de la relatividad se hacen más extremos», explicó Reis. «La capacidad de profundizar en estos procesos a una distancia tan grande es un resultado realmente bueno y una gran promesa.»

Fuente: Universe Today. Aportado por Eduardo J. Carletti

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