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Los astrónomos encuentran un agujero negro supermasivo que se deleita en un horario regular, cada 9 horas

Los astrónomos encuentran un agujero negro supermasivo que se deleita en un horario regular, cada 9 horas

Los astrónomos han encontrado un agujero negro supermasivo (SMBH) con un horario de alimentación inusualmente regular. El gigante es un núcleo galáctico activo (AGN) en el corazón de la galaxia Seyfert 2 GSN 069. El AGN está a unos 250 millones de años luz de la Tierra, y contiene aproximadamente 400,000 veces la masa del Sol.

El equipo de astrónomos utilizó el XMM-Newton de la ESA y el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para observar las emisiones de rayos X del SMBH. Aproximadamente cada 9 horas, el agujero negro se ensancha brillantemente con rayos X a medida que el material se introduce en él. Los astrónomos han encontrado otros dos agujeros negros de masa estelar que se ensanchan regularmente a medida que se alimentan, pero este tipo de regularidad en un agujero negro supermasivo nunca antes se había visto.

"Este agujero negro está en un plan de comidas como nunca antes habíamos visto".

Giovanni Miniutti, autor principal, Centro de Astrobiología de la ESA, España.

El documento que describe este descubrimiento se publica en Nature y se titula "Erupciones cuasi periódicas de rayos X de nueve horas de un núcleo galáctico de agujero negro de baja masa". El autor principal es Giovanni Miniutti del Centro de Astrobiología de la ESA en España. Según el documento, el SMBH consume alrededor de cuatro lunas de material tres veces al día. Eso significa que cada vez que se alimenta el agujero negro, consume alrededor de un millón de billones de billones de libras de material.

"Este agujero negro está en un plan de comidas como nunca antes habíamos visto", dijo Miniutti en un comunicado de prensa. "Este comportamiento es tan inédito que tuvimos que acuñar una nueva expresión para describirlo:" Erupciones cuasi periódicas de rayos X "".

Las emisiones de rayos X de este SMBH se conocen y se observan desde julio de 2010, pero fueron constantes. El nuevo documento se basa en 54 días de observaciones a partir de diciembre de 2018, comenzando con el Observatorio XMM-Newton de la ESA. Ese observatorio detectó dos explosiones el 24 de diciembre. En enero, XMM-Newton encontró tres más de estas explosiones regulares.

Luego, los astrónomos solicitaron más tiempo de observación con el Observatorio Chandra de la NASA para investigar. Chandra observó cinco más de estos eventos. Durante las erupciones regulares actuales, la actividad de quema de rayos X aumenta en dos órdenes de magnitud sobre las emisiones de rayos X de fondo. Cada brote dura poco más de una hora y ocurre cada nueve horas.

Una tabla del trabajo de investigación que muestra las dos erupciones iniciales detectadas por XMM-Newton (arriba a la izquierda), las siguientes tres erupciones detectadas por XMM-Newton (arriba a la derecha) y las cinco erupciones detectadas por Chandra (abajo). Esta actividad de quemado regular tiene nunca antes visto en un SMBH. Crédito de imagen: G. Miniutti et. al., 2019.Una tabla del trabajo de investigación que muestra las dos erupciones iniciales, o erupciones cuasi periódicas (QPE) detectadas por XMM-Newton (arriba a la izquierda), las siguientes tres erupciones detectadas por XMM-Newton (arriba a la derecha) y las cinco erupciones detectadas por Chandra (abajo). Esta actividad de quemado regular nunca antes se había visto en un SMBH. Crédito de imagen: G. Miniutti et. al., 2019.

"Al combinar datos de estos dos observatorios de rayos X, hemos seguido estos arrebatos periódicos durante al menos 54 días", dijo el coautor Richard Saxton, del Centro Europeo de Astronomía Espacial en Madrid, España. "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 cada uno de estos estallidos, la quema de rayos X es 20 veces más brillante que durante los períodos de calma. La temperatura del gas que cae también aumenta. Se eleva de aproximadamente 1 millón de grados Fahrenheit en períodos más tranquilos a 2.5 millones de grados Fahrenheit durante las erupciones. La temperatura más alta es aproximadamente la misma que la temperatura del gas alrededor de la mayoría de las SMBH que están creciendo activamente.

La causa de estos brotes regulares es desconocida. El gas caliente de 2.5 millones de grados F. que rodea al GSN 069 tiene la misma temperatura que el gas que rodea a otras SMBH. Es un misterio porque simplemente hace demasiado calor para estar en el disco que cae del material que rodea los agujeros negros. Pero GSN 069 es una oportunidad única para estudiar el fenómeno porque el gas caliente se forma repetidamente y luego desaparece.

Normalmente, este gas caliente es causado por una estrella que se rompe y se consume por un agujero negro, o eso piensan los astrónomos. Pero la regularidad exhibida por GSN 069 es un misterio.

La estructura interna de un AGN. Crédito de la imagen: por original: desconocido; Vectorización: Rothwild - Trabajo propio basado en: Galaxies AGN Inner-Structure-of.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46857319La estructura interna de un AGN. Crédito de la imagen: por original: desconocido; Vectorización: Rothwild – Trabajo propio basado en: Galaxies AGN Inner-Structure-of.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46857319

"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".

Una vez más, ver un agujero negro supermasivo consumir gas de una estrella no es nada nuevo. Es la regularidad de la llamarada de GSN 069 lo que es el rascador de cabeza. Los autores del estudio sugieren dos posibles explicaciones para el horario de alimentación regular de SMBH:

  • 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. Ese ciclo se repite.
  • Existe una interacción entre el disco y un cuerpo secundario que orbita el agujero negro, tal vez el remanente de la estrella parcialmente interrumpida.

Gracias a las observaciones de Chandra, el equipo de científicos sabe que la fuente de los rayos X está en el corazón de GSN 069. Ahí es donde se espera que esté un SMBH. Los datos combinados de Chandra y XMM-Newton también muestran claramente que la quema, aunque regular, está cambiando lentamente: tanto el tamaño como la duración de las "comidas" del agujero negro han disminuido ligeramente, y el espacio entre cada comida está creciendo. Depende de las observaciones futuras para ver si estas tendencias continúan.

GSN 069 está en el lado pequeño para un SMBH. Por lo general, un SMBH contiene tanta masa como varios millones o incluso varios miles de millones de soles, mientras que GSN 069 contiene solo unos 400,000 soles en masa. Eso podría ayudar a explicar por qué este tipo de alimentación regular no se ha visto antes.

Impresión artística de una estrella alimentando un agujero negro. Los autores de este estudio dicen que la quema regular de GSN 069 es causada por el remanente de una estrella que interactúa con el disco de material alrededor del agujero negro. Crédito: ESO / L. CalçadaImpresión artística de una estrella alimentando un agujero negro. Los autores de este estudio dicen que la quema regular de GSN 069 es causada por el remanente de una estrella que interactúa con el disco de material alrededor del agujero negro. Crédito: ESO / L. Calçada

Para SMBH más grandes, mucho más grandes que este, sus fluctuaciones de brillo son mucho más lentas. En lugar de entrar en erupción cada nueve horas, debería llevarles meses o incluso años encenderse de esta manera. Eso explicaría por qué no se han observado erupciones cuasi periódicas (QPE) como estas. Los observatorios de rayos X están ocupados, y no hay forma de entrenar a uno en un solo objetivo durante tanto tiempo.

Ha habido varios casos en los que se han observado grandes aumentos o disminuciones en los rayos X producidos por los agujeros negros. Esas observaciones se basaron en observaciones repetidas durante meses, o incluso años. Algunos de esos cambios son demasiado rápidos para ser explicados por la teoría estándar de la materia en caída desde el disco de acreción de un agujero negro. Pero este descubrimiento podría explicar esas observaciones. Pueden estar experimentando un comportamiento similar al GSN 069.

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