eROSITA revela poderosos vientos de agujeros negros que provocan un parpadeo inesperado de rayos X en los cuásares
Fuente eROSITA
El telescopio de rayos X eROSITA, operado por un consorcio liderado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), realizó un descubrimiento sorprendente sobre los cuásares, agujeros negros supermasivos que devoran materia activamente. Contrariamente a las expectativas previas, el nuevo estudio de eROSITA descubrió que los agujeros negros que se alimentan rápidamente presentan un parpadeo más intenso en rayos X y variaciones más erráticas de su brillo con el tiempo. Los investigadores del MPE y un equipo internacional de astrónomos que lidera el estudio proponen que esta variabilidad inesperadamente fuerte se debe a los poderosos vientos de material que se desprenden del propio agujero negro, que actúan como una «cortina cósmica», bloqueando intermitentemente la luz de rayos X que observamos. El MPE realizó contribuciones clave a este descubrimiento al construir eROSITA, que escanea sistemáticamente el cielo cada seis meses, y sentar las bases para nuevos análisis estadísticos que revelan patrones en los grandes volúmenes de datos.
La mayoría de las galaxias masivas del universo, incluida nuestra Vía Láctea, albergan en su centro agujeros negros que pesan millones o incluso miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. La fuerte atracción gravitatoria de estos cuerpos celestes captura materia, principalmente gas, haciéndola girar en espiral hacia su interior y finalmente caer en ellos, aumentando aún más su masa.
Sin embargo, la materia no desaparece sin más. La intensa gravedad y la fricción la calientan a temperaturas increíbles, generando enormes cantidades de energía que se irradian al espacio en forma de luz brillante. Es esta luz la que nuestros telescopios, como eROSITA, pueden ver. Cuando un agujero negro supermasivo se alimenta activamente y genera este potente espectáculo de luz, lo llamamos cuásar. Estos objetos se encuentran entre los más brillantes del universo.
La luz de los cuásares tiene una característica especial: parpadea constantemente, o varía su brillo, con el tiempo. «El flujo de materia hacia el agujero negro no es perfectamente constante. Los cambios aleatorios en la cantidad de material que se alimenta provocan el parpadeo de la luz del cuásar», explica el Dr. Johannes Buchner, investigador del MPE. El estudio de este parpadeo ayuda a los astrónomos a mapear el entorno cercano al agujero negro y comprender cómo consume materia.
Investigaciones previas habían encontrado un patrón claro: cuanto más masivo era el agujero negro o cuanto más rápido se alimentaba, más débil se esperaba que fuera el parpadeo de la radiación emitida. Las observaciones de eROSITA desafían esta regla establecida.
En un nuevo estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, astrónomos del MPE y sus colaboradores internacionales, liderados por el Observatorio Nacional de Atenas, utilizaron nuevas observaciones del telescopio de rayos X eROSITA para monitorear las variaciones temporales de la luz de rayos X de un número sin precedentes de cuásares distantes.
Contrariamente a las expectativas previas, descubrieron que el parpadeo de rayos X se intensifica en los agujeros negros que acumulan materia a un ritmo mayor. Este resultado inesperado nos revela algo fundamental sobre el flujo de materia alrededor de los agujeros negros de rápido crecimiento.
Entonces, ¿a qué se debe este parpadeo tan intenso e inesperado? Los astrónomos proponen que la respuesta podría residir en los potentes vientos de material que emana del propio cuásar. Se cree que el entorno que rodea a los agujeros negros de rápido crecimiento es violento y altamente dinámico. La energía liberada a medida que la materia se desplaza en espiral hacia el agujero negro es tan inmensa que, de hecho, empuja parte del material hacia afuera, creando poderosos vientos de gas y polvo que se expanden hacia el exterior. Estos vientos se expanden incluso cuando nuevo material entra en espiral hacia el interior, explica el investigador principal del estudio, el Dr. Antonis Georgakakis, del Observatorio Nacional de Atenas.
La materia eyectada puede actuar como una nube o cortina, bloqueando temporalmente la luz de rayos X generada por el proceso de acreción y provocando las variaciones erráticas del flujo de rayos X que observamos con nuestros telescopios. Este descubrimiento ofrece una nueva forma de estudiar las duras condiciones de los agujeros negros de rápido crecimiento.
La característica clave de eROSITA que hizo posible este descubrimiento es que inspecciona todo el cielo cada seis meses. Esta estrategia proporciona las observaciones de rayos X más sensibles jamás realizadas en áreas tan extensas. Desde su lanzamiento, eROSITA ha completado cuatro barridos completos del cielo, proporcionando a los astrónomos una visión time-lapse sin precedentes del cosmos.
“Estas observaciones repetidas rastrean los cambios a lo largo del tiempo en la intensidad de la luz de rayos X emitida por cuásares individuales, lo que convierte a eROSITA en la herramienta perfecta para estudiar el parpadeo de los rayos X a medida que los agujeros negros supermasivos devoran materia”, revela la Dra. Mara Salvato, portavoz de eROSITA y coautora del estudio.
El equipo internacional desarrolló novedosos métodos estadísticos para analizar los datos de eROSITA y aprovechar al máximo estas observaciones de excepcional calidad. “A menudo, el flujo de rayos X de una fuente, al cambiar con el tiempo, disminuye tanto que cae por debajo de los límites de sensibilidad de eROSITA, volviéndose prácticamente invisible y brindándonos solo un límite superior del flujo, en lugar de una medición precisa”, explica Maurizio Paolillo, profesor de la Universidad de Nápoles Federico II y coautor del estudio. “Los métodos de análisis tradicionales suelen ignorar esta información ‘oculta’. Nuestro nuevo enfoque estadístico está diseñado específicamente para explotar estos límites superiores, mejorando significativamente nuestras limitaciones sobre las propiedades de variabilidad de los cuásares”.
El nuevo descubrimiento abre nuevas oportunidades para estudiar las duras condiciones de los agujeros negros de rápido crecimiento. El equipo también investigará otras hipótesis que podrían causar el parpadeo adicional.
