Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb detectaron llamaradas dinámicas de luz cerca del agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. El despliegue constante y rápido incluye destellos cortos de segundos de duración y llamaradas de luz más largas y cegadoramente brillantes a diario.
Las observaciones del Webb suponen la inspección más larga y detallada que los investigadores han podido realizar en torno al agujero negro central de la Vía Láctea, llamado Sagitario A*, basándose en pruebas anteriores de su actividad altamente energética.
Aunque los agujeros negros son invisibles, las llamaradas desatadas por el disco arremolinado de gas caliente y polvo, o disco de acrecimiento, que orbita alrededor de Sagitario A* parecen un espectáculo de fuegos artificiales. Un estudio que describe los hallazgos se publicó el martes en la revista académica The Astrophysical Journal Letters.
Los astrónomos creen que las llamaradas proceden del borde interior del disco de acrecimiento, justo más allá del horizonte de sucesos del agujero negro, es decir, la zona alrededor de un agujero negro donde la atracción de la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar, según la NASA.
“En nuestros datos vimos un brillo burbujeante que cambiaba constantemente”, declaró en un comunicado Farhad Yusef-Zadeh, autor principal del estudio y profesor de Física y Astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de la Universidad Northwestern. “Y entonces ¡bum! De repente surgió un gran estallido de brillo. Después, volvió a calmarse. No pudimos encontrar un patrón en esta actividad. Parece ser aleatoria. El perfil de actividad de este agujero negro era nuevo y emocionante cada vez que lo observábamos”.
Las observaciones podrían arrojar luz sobre cómo se comportan los agujeros negros y las formas en que se alimentan de su entorno.
Observar los fuegos artificiales celestes
La fuerte influencia gravitacional de los agujeros negros atrae el gas y el polvo de cualquier objeto celeste que se acerque demasiado. El gas y el polvo se arremolinan a gran velocidad, formando el disco de acrecimiento que alimenta al agujero negro. El rápido movimiento del material hace que se caliente, liberando energía en forma de radiación, así como chorros de material que no llegan a entrar en el agujero negro.
La radiación y los chorros pueden cambiar la forma en que el gas se distribuye por las galaxias y alimentar la formación de estrellas, razón por la que los agujeros negros supermasivos se consideran motores gigantes en el centro de las galaxias.
Yusef-Zadeh y sus colegas observaron Sagitario A, también llamado Sgr A, durante 48 horas a lo largo de un año, en incrementos de ocho a diez horas, utilizando la Cámara del Infrarrojo Cercano de Webb para seguir la actividad del agujero negro. El equipo observó entre cinco y seis grandes llamaradas al día, así como pequeños destellos de luz intercalados.
“Se espera que se produzcan llamaradas en prácticamente todos los agujeros negros supermasivos, pero nuestro agujero negro es único”, dijo Yusef-Zadeh. “Siempre está burbujeando de actividad y nunca parece alcanzar un estado estacionario. Observamos el agujero negro varias veces a lo largo de 2023 y 2024, y notamos cambios en cada observación. Vimos algo distinto cada vez, lo cual es realmente extraordinario”.
La variabilidad de la actividad del agujero negro se debe probablemente a la naturaleza aleatoria del material que fluye hacia el disco de acrecimiento, dijo Yusef-Zadeh. El equipo cree que los breves estallidos de luz se deben a pequeñas fluctuaciones turbulentas dentro del disco de acrecimiento que podrían comprimir el gas caliente y energético llamado plasma y provocar un destello de radiación.
“Es similar al modo en que el campo magnético del Sol se acumula, se comprime y luego produce una erupción solar”, dijo Yusef-Zadeh en un comunicado. “Por supuesto, los procesos son más dramáticos porque el entorno alrededor de un agujero negro es mucho más energético y mucho más extremo”.
Mientras tanto, las llamaradas más largas y grandes pueden producirse debido a sucesos de reconexión magnética, o cuando dos campos magnéticos diferentes chocan cerca del agujero negro y liberan partículas energéticas que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz.
“Un acontecimiento de reconexión magnética es como una chispa de electricidad estática, que, en cierto sentido, también es una ‘reconexión eléctrica’”, dijo Yusef-Zadeh.
Un “arcoíris” de actividad
Las capacidades del telescopio Webb permitieron al equipo observar simultáneamente la llamarada del agujero negro en dos longitudes de onda de luz distintas.
“(Fue como) ver el mundo en color frente al blanco y negro, y (encontramos) el arcoíris”, dijo Yusef-Zadeh. “Esto te habla de la naturaleza de la actividad de las llamaradas y de las características físicas del mecanismo de radiación, el campo magnético y la densidad de las llamaradas de forma más directa”.
Las observaciones proporcionan una visión más profunda de cómo varía el brillo de la actividad del agujero negro a lo largo del tiempo, dijo Tuan Do, profesor asociado del departamento de Física y Astronomía y subdirector del Grupo del Centro Galáctico de la UCLA.
Do no participó en este estudio, pero ha dirigido investigaciones sobre Sagitario A* en el pasado, incluso cuando el agujero negro mostró una actividad inusual en 2019.
“Sgr A* brilló aproximadamente la mitad en los nuevos datos de lo que se vio en 2019, así que creo que 2019 sigue siendo inusualmente activo para el agujero negro”, dijo Do. “Sin embargo, el agujero negro y su entorno (están) siempre cambiando, ¡así que nunca estamos seguros de lo que encontraremos! Esto es lo que hace que las observaciones del centro galáctico sean tan emocionantes, a pesar de que llevamos décadas observando este punto del cielo”.
Cuando los autores del último estudio observaron simultáneamente las dos longitudes de onda diferentes de la luz del agujero negro, se dieron cuenta de que la longitud de onda más corta cambiaba de brillo justo antes que la longitud de onda más larga. La observación sugería que, a medida que las partículas giran en espiral alrededor de las líneas del campo magnético, pierden energía más rápidamente.
Los cambios de brillo se han observado en investigaciones anteriores y en datos complementarios recientes del Instrumento del Infrarrojo Medio del telescopio Webb y de otros observatorios.
“Creo que el siguiente gran paso sería intentar conectar estas distintas fuentes de datos para formar una imagen más completa de la física del entorno que rodea al agujero negro supermasivo”, dijo Do.
El nuevo estudio también confirma que el agujero negro tiene una “variabilidad incesante”, como se había observado anteriormente, dijo Mark Morris, distinguido profesor de Investigación del departamento de Física y Astronomía de la UCLA. Morris no participó en el nuevo estudio.
“Los astrónomos de rayos X ven pruebas razonablemente sólidas de que en los últimos cientos de años se han producido al menos una, quizá dos, llamaradas enormes”, dijo Morris por correo electrónico, “con intensidades (de 10.000 a 100.000) veces mayores que cualquier cosa que hayamos visto en el último cuarto de siglo que llevamos examinando de cerca Sgr A*”.
¿Qué puede haber causado estas llamaradas? Los astrónomos aún no lo saben, pero es posible que el agujero negro engullera un planeta hace unos cientos de años, dijo Morris.
Cuando el sol libera tormentas solares, los científicos se preocupan porque dicha actividad puede afectar potencialmente al GPS, las comunicaciones y la red eléctrica de la Tierra. Pero a 25.000 años luz de distancia, la actividad altamente energética y variable del agujero negro central de la Vía Láctea no es motivo de preocupación, dijo Morris.
Sin embargo, las observaciones del telescopio Webb permiten a los investigadores comprender qué tipo de “tormentas” se crean cuando la materia se comprime y se calienta al ser atraída hacia el agujero negro.
“Más allá del puro interés por los fuegos artificiales más deslumbrantes que puede producir el universo, esos fuegos pueden tener un efecto profundo en la evolución de las galaxias en las que se encuentran”, dijo Morris. “Pueden provocar o impedir la formación estelar a grandes escalas, pueden eliminar el gas y vaciar las galaxias, dejándolas incapaces de formar estrellas”.
Un análisis más profundo
Los autores del estudio no creen que el agujero negro experimentara un pico de actividad inusual, pero quieren observar Sagitario A* durante 24 horas ininterrumpidas para estar seguros.
“También podemos ver si estas llamaradas muestran periodicidad (o se repiten) o si son realmente aleatorias”, dijo Yusef-Zadeh.
Los astrónomos aún no saben a qué velocidad gira Sagitario A* mientras engulle materia, pero unas observaciones más prolongadas podrían proporcionar los datos necesarios para hallar la respuesta.
En última instancia, más datos de las observaciones Webb de Sagitario A* podrían ayudar a los astrónomos a simular cómo se comportan los discos de acrecimiento alrededor de los agujeros negros, así como a comparar los comportamientos de los agujeros negros menos activos energéticamente con los más activos.
