A pesar de que los agujeros negros supermasivos, que pueden tener millones de veces la masa de nuestro sol, son comunes en el centro de la mayoría de las galaxias, su naturaleza intrínseca dificulta su estudio. Contrario a la idea popular de que estos monstruos gravitacionales están constantemente «devorando» materia, muchos de ellos pasan largos periodos en una fase inactiva. Este es el caso del agujero negro en el corazón de SDSS1335+0728, una galaxia distante situada a 300 millones de años luz de nosotros en la constelación de Virgo. Tras décadas de inactividad, este agujero negro ha comenzado a emitir destellos de rayos X sin precedentes.
Los primeros indicios de actividad aparecieron a finales de 2019, cuando la galaxia comenzó a brillar intensamente, lo que captó la atención de los astrónomos. Tras varios años de observación, se concluyó que los cambios inusuales eran el resultado de que el agujero negro había «despertado», entrando en una fase activa. La región central brillante y compacta de la galaxia ha sido clasificada como un núcleo galáctico activo, apodado «Ansky».
Paula Sánchez Sáez, investigadora del Observatorio Europeo del Sur en Alemania y líder del equipo que exploró por primera vez la activación del agujero negro, relata: «Cuando vimos por primera vez a Ansky iluminarse en imágenes ópticas, activamos observaciones de seguimiento utilizando el telescopio espacial de rayos X Swift de la NASA. Revisamos datos archivados del telescopio de rayos X eROSITA, pero en ese momento no encontramos evidencia de emisiones de rayos X.»
Ansky despierta
En febrero de 2024, un equipo liderado por Lorena Hernández-García de la Universidad de Valparaíso en Chile comenzó a detectar ráfagas de rayos X de Ansky a intervalos casi regulares. Este trabajo ha sido publicado en la revista Nature Astronomy. «Este evento raro brinda a los astrónomos la oportunidad de observar el comportamiento de un agujero negro en tiempo real, utilizando telescopios espaciales de rayos X como XMM-Newton y los de la NASA, NICER, Chandra y Swift. Este fenómeno se conoce como erupción cuasiperiódica, o QPE», explica Hernández-García.
Las erupciones QPE son eventos de destello de corta duración, y esta es la primera vez que se ha observado tal evento en un agujero negro que parece estar despertando. «El primer episodio de QPE se descubrió en 2019, y desde entonces solo hemos detectado un puñado más. Aún no entendemos qué los causa. Estudiar Ansky nos ayudará a comprender mejor los agujeros negros y cómo evolucionan», añade.
El telescopio XMM-Newton ha jugado un papel crucial en este estudio, siendo el único telescopio de rayos X lo suficientemente sensible como para detectar la tenue luz de fondo de rayos X entre las erupciones. «Con XMM-Newton pudimos medir cuán tenue se vuelve Ansky, lo que nos permitió calcular cuánta energía libera cuando se ilumina y comienza a destellar», comenta Hernández-García.
Desentrañando un comportamiento enigmático
La gravedad de un agujero negro captura la materia que se acerca demasiado y puede desintegrarla. La materia de una estrella capturada, por ejemplo, se dispersaría en un disco caliente, brillante y de rápida rotación conocido como disco de acreción. La teoría actual sugiere que las QPE son causadas por un objeto (que podría ser una estrella o un pequeño agujero negro) interactuando con este disco de acreción, y se han vinculado a la destrucción de una estrella. Sin embargo, no hay evidencia de que Ansky haya destruido una estrella.
Las características extraordinarias de las erupciones recurrentes de Ansky llevaron al equipo de investigación a considerar otras posibilidades. El disco de acreción podría estar formado por gas capturado por el agujero negro de su vecindario, y no por una estrella desintegrada. En este escenario, los destellos de rayos X provendrían de choques altamente energéticos en el disco, provocados por un pequeño objeto celeste que interfiere repetidamente con el material en órbita.
Joheen Chakraborty, miembro del equipo y estudiante de doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en EE.UU., afirma: «Las erupciones de rayos X de Ansky son diez veces más largas y diez veces más luminosas que lo que observamos en un QPE típico. Cada una de estas erupciones libera cien veces más energía de la que hemos visto en otros lugares. Las erupciones de Ansky también muestran la cadencia más larga jamás observada, de aproximadamente 4.5 días. Esto lleva nuestros modelos al límite y desafía nuestras ideas existentes sobre cómo se generan estos destellos de rayos X».
La capacidad de observar a Ansky evolucionar en tiempo real representa una oportunidad sin precedentes para que los astrónomos aprendan más sobre los agujeros negros y los eventos energéticos que generan. «Para las QPE, todavía estamos en un punto en el que tenemos más modelos que datos, y necesitamos más observaciones para entender lo que está ocurriendo», señala Erwan Quintin, investigador de la ESA y astrónomo de rayos X.
«Pensábamos que las QPE eran el resultado de pequeños objetos celestes siendo capturados por otros mucho más grandes y espiralando hacia ellos. Las erupciones de Ansky parecen contarnos una historia diferente. Estos estallidos repetitivos también están probablemente asociados con ondas gravitacionales que la futura misión LISA de la ESA podría captar», concluye Quintin.
