Captan la inversión magnética de un agujero negro

Una investigación revela que un misterio estallido en una galaxia puede haber sido provocado por la inversión magnética de un agujero negro.

El estudio lo ha realizado el equipo internacional de Sibasish Laha, investigador de la Universidad de Maryland y del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, en Estados Unidos ambas instituciones. Para el estudio han sido decisivas unas observaciones realizadas por el satélite astronómico Swift de la NASA.

El raro y enigmático estallido ocurrió en una galaxia situada a 236 millones de años-luz de distancia de la Tierra. A juzgar por las conclusiones del estudio, fue provocado por una inversión magnética: un cambio de dirección espontáneo del campo magnético que rodea a un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de dicha galaxia.

“Se han visto cambios rápidos en la luz visible y ultravioleta en unas pocas decenas de galaxias similares a esta”, explica Laha. “Pero este evento marca la primera vez que hemos visto que los rayos X desaparecen por completo mientras que las otras longitudes de onda se iluminan”.

El equipo de investigación analizó observaciones nuevas y de archivo en todo el espectro de luz. El observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA y el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) proporcionaron las mediciones de rayos ultravioleta y rayos X. Las observaciones de luz visible provinieron del Telescopio Nacional Galileo de Italia, con un espejo de 3,6 metros de diámetro, y el Gran Telescopio Canarias, de 10,4 metros, ambos ubicados en la isla de La Palma en las islas Canarias, España. Las mediciones de radio fueron adquiridas con el VLBA (Very Long Baseline Array), una red de 10 radiotelescopios ubicados en Estados Unidos, el VLA (Very Large Array) en Nuevo México (Estados Unidos) y la Red Europea del VLBI.

A principios de marzo de 2018, un sondeo automatizado de todo el cielo en busca de supernovas (llamado “All-Sky Automated Survey for Supernovae”) alertó a los astrónomos de que una galaxia llamada 1ES 1927+654 se había iluminado casi 100 veces más en el espectro de luz visible. Una búsqueda de detecciones anteriores por parte del Sistema de Última Alerta de Impacto Terrestre de Asteroides, financiado por la NASA, mostró que la erupción había comenzado meses antes, a finales de 2017.

Esta ilustración muestra el disco de acreción, la corona (remolinos pálidos y en forma de cono por encima del disco) y el agujero negro supermasivo de la galaxia activa 1ES 1927+654, antes de su reciente estallido. (Imagen: NASA / Sonoma State University / Aurore Simonnet)

Cuando el satélite Swift examinó por primera vez la galaxia, en mayo de 2018, su emisión de rayos ultravioleta había aumentado 12 veces, pero estaba disminuyendo de manera constante, lo que indicaba un pico anterior no observado. Luego, en junio, la emisión de rayos X de mayor energía de la galaxia desapareció.

“Fue muy emocionante profundizar en el extraño episodio explosivo de esta galaxia y tratar de entender los posibles procesos físicos que estaban en acción”, confiesa José Acosta-Pulido, coautor e investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en Tenerife, España.

La mayoría de las galaxias grandes, incluida nuestra propia Vía Láctea, albergan un agujero negro supermasivo cuya masa es del orden de entre el millón y varios miles de millones de veces la masa del Sol. Cuando la materia cae hacia uno de estos agujeros, primero se acumula en una vasta estructura aplanada llamada disco de acreción. A medida que la materia se arremolina lentamente hacia adentro, se calienta y emite luz ultravioleta visible y rayos X de menor energía. Cerca del agujero negro, una nube de partículas extremadamente calientes —llamada la corona— produce rayos X de mayor energía. El brillo de estas emisiones depende de la cantidad de materia que fluye hacia el agujero negro.

“Una interpretación inicial de la erupción sugirió que había sido provocada por una estrella que pasó tan cerca del agujero negro que fue destrozada, interrumpiendo el flujo de gas”, explica Josefa Becerra González, coautora del estudio y también investigadora del IAC. “Hemos mostrado que un evento como ese se desvanecería más rápidamente que este estallido”.

La singular desaparición de la emisión de rayos X proporciona a los astrónomos una pista importante. Ellos sospechan que el campo magnético del agujero negro crea y sostiene la corona, por lo que cualquier cambio magnético podría afectar las propiedades de sus rayos X.

“Una inversión magnética, donde el polo norte se convierte en sur y viceversa, parece coincidir mejor con las observaciones”, argumenta Mitchell Begelman, coautor del estudio y profesor del departamento de ciencias astrofísicas y planetarias de la Universidad de Colorado en Boulder, Estados Unidos. Él y sus colegas de la universidad, Nicolas Scepi y Jason Dexter, desarrollaron el modelo magnético. “El campo se debilita inicialmente en las afueras del disco de acreción, lo que lleva a un mayor calentamiento y un aumento en la iluminación en la luz visible y ultravioleta”, explicó.

A medida que avanza la inversión magnética, el campo se vuelve tan débil que ya no puede soportar la corona, y la emisión de rayos X desaparece. Luego, el campo magnético se fortalece gradualmente en su nueva orientación. En octubre de 2018, aproximadamente cuatro meses después de su desaparición, los rayos X reaparecieron, lo que indica que la corona se había restablecido completamente. Para el verano boreal de 2021, la galaxia había regresado totalmente a su estado anterior a la erupción en ultravioleta y rayos X.

Es probable que las reversiones magnéticas sean eventos comunes en el cosmos. El registro geológico muestra que el campo de la Tierra cambia de dirección de manera impredecible, promediando unas pocas reversiones cada millón de años en el pasado reciente. El Sol, por el contrario, experimenta inversiones magnéticas como parte de su ciclo de actividad normal, cambiando los polos norte y sur aproximadamente cada 11 años.

El centro Goddard gestiona la misión del satélite astronómico Swift en colaboración con la Universidad Estatal de Pensilvania, el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México y la empresa Northrop Grumman Space Systems, todas estas entidades en Estados Unidos. Otros socios son la Universidad de Leicester y el Laboratorio Mullard de Ciencias del Espacio en el Reino Unido, el Observatorio Brera en Italia y la Agencia Espacial Italiana.

El estudio se titula “A radio, optical, UV and X-ray view of the enigmatic changing look Active Galactic Nucleus 1ES 1927+654 from its pre- to post-flare states”. Y se publica en la revista académica The Astrophysical Journal. (Fuente: NASA)