Misteriosas erupciones cósmicas reveladas por NICER de la NASA cerca de agujeros negros gigantes
Un equipo de astrónomos ha logrado, por primera vez, adentrarse en el entorno físico de las enigmáticas erupciones cíclicas de rayos X que emanan de las cercanías de agujeros negros supermasivos, utilizando los datos del telescopio Explorador de composición interior de las estrellas de neutrones (NICER) de la NASA.
Estas singulares erupciones de rayos X, denominadas erupciones cuasi periódicas (QPE) y apodadas «Ansky» por los científicos, han sorprendido por su ritmo constante y su duración prolongada, repitiéndose cada 4,5 días y extendiéndose por alrededor de 1,5 días.
«Estas QPE son fenómenos misteriosos e intensamente interesantes», afirma Joheen Chakraborty, estudiante de postgrado del MIT. «Su naturaleza cuasi periódica es particularmente intrigante. Estamos en las etapas iniciales del desarrollo de las metodologías y los modelos necesarios para comprender sus causas, y las peculiares características de Ansky nos están ayudando a refinar estas herramientas de investigación».
El nombre «Ansky» se deriva de ZTF19acnskyy, la designación de un fugaz destello de luz visible detectado en 2019 en una galaxia ubicada a unos 300 millones de años luz, en la constelación de Virgo. Este evento luminoso fue la primera pista de que algo inusual estaba sucediendo en ese rincón del universo.
La explicación más plausible para estas QPE radica en la interacción entre un objeto astronómico de masa relativamente modesta y el denso disco de gas que rodea a un agujero negro supermasivo, cuya masa puede ser cientos de miles o incluso miles de millones de veces la de nuestro Sol. Cuando el objeto más pequeño atraviesa este disco, su paso provoca la eyección de nubes de gas caliente que se expanden, las cuales detectamos como las QPE en el espectro de rayos X.
La cuasi periodicidad observada se atribuye a la órbita elíptica del objeto menor, que lo hace acercarse y alejarse del agujero negro en un patrón regular, mientras que simultáneamente espiralea hacia su centro. Además, la intensa gravedad del agujero negro distorsiona el espacio-tiempo, alterando la órbita de manera que no se cierra perfectamente en cada ciclo. Los científicos predicen que estas erupciones continuarán hasta que el disco se agote o el objeto orbital se desintegre, un proceso que podría durar varios años.
«Las propiedades extremas de Ansky podrían ser una consecuencia de la naturaleza singular del disco que rodea a su agujero negro supermasivo», teoriza Lorena Hernández-García, astrofísica del Núcleo Milenio y la Universidad de Valparaíso. «En la mayoría de los sistemas QPE, se cree que el agujero negro supermasivo desgarra una estrella que pasa, creando un disco pequeño muy cerca de sí. En contraste, pensamos que el disco de Ansky es mucho más extenso y podría estar vinculado a objetos más lejanos, lo que explicaría las inusuales escalas de tiempo que observamos».
Hernández-García, quien también es coautora del artículo de Chakraborty, lideró la investigación que descubrió las QPE de Ansky, cuyos hallazgos fueron publicados en mayo en Nature Astronomy, gracias a los datos de NICER, el Observatorio Swift, el Observatorio Chandra y el telescopio espacial XMM-Newton.
La posición privilegiada de NICER a bordo de la Estación Espacial Internacional le permitió monitorear a Ansky unas 16 veces al día entre mayo y julio de 2024. Esta frecuencia de muestreo fue esencial para identificar las rápidas variaciones en la emisión de rayos X que revelaron la naturaleza cuasi periódica de las erupciones.
El equipo de Chakraborty analizó los datos de NICER y XMM-Newton para crear mapas de la rápida evolución del material expulsado responsable de las QPE. El estudio detallado de los cambios en la intensidad de los rayos X durante cada erupción proporcionó una visión sin precedentes de este fenómeno cósmico.
Los investigadores calcularon que cada erupción implicaba la eyección de una masa equivalente a la de Júpiter, expandiéndose a velocidades asombrosas, cercanas al 15% de la velocidad de la luz.
La capacidad de NICER para realizar observaciones frecuentes desde la Estación Espacial y sus sofisticados instrumentos de medición también permitieron al equipo determinar las dimensiones y la temperatura de la burbuja de escombros en expansión.
«Todas las observaciones de Ansky realizadas por NICER que sustentan estos estudios se obtuvieron después de que el instrumento experimentara una ‘fuga de luz’ en mayo de 2023», aclara Zaven Arzoumanian, líder científico de la misión NICER en el Centro Goddard de la NASA. «A pesar de este contratiempo técnico, que fue subsanado en enero, NICER demostró su invaluable capacidad para contribuir a la astronomía de fenómenos transitorios, el estudio de los cambios dinámicos en el universo en escalas de tiempo que podemos observar».
Tras la reparación, NICER continuó su vigilancia de Ansky para comprender mejor la evolución de sus erupciones a lo largo del tiempo. Un nuevo artículo científico sobre estos resultados, liderado por Hernández-García y con la colaboración de Chakraborty, se encuentra actualmente en proceso de revisión.
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