Cuando los agujeros negros de masa estelar, pequeños en comparación pero aun así varias veces más masivos que el Sol, están activamente devorando materia, resultan ser mucho más caóticos de lo que los científicos esperaban.
Así lo informa un equipo internacional de investigación liderado por Jon Miller, de la Universidad de Michigan, que descubrió esta sorpresa con posibles implicaciones galácticas. Lo que los investigadores aprendan de los agujeros negros de masa estelar puede ayudarles a comprender mejor los agujeros negros supermasivos, los gigantes que guían la evolución de galaxias como la Vía Láctea.
“Sorprenderse es bueno. Ver que las expectativas resultan ingenuas es avanzar”, dijo Miller, autor principal del nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters. “Tener caminos completamente nuevos que investigar es fabuloso. La astronomía está llena de sorpresas y nunca es aburrida”.
Megumi Shidatsu, de la Universidad de Ehime, y Misaki Mizumoto, de la Universidad de Formación Docente de Fukuoka, ambas en Japón, codirigieron el proyecto, que incluyó a investigadores de unas 20 instituciones de cinco países.
El equipo realizó este descubrimiento utilizando el Satélite de Imágenes y Espectroscopía de Rayos X, conocido como XRISM (que se pronuncia “krism,” como rima de “prism”). La misión es una colaboración entre la NASA y la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA, por sus siglas en inglés), con aportaciones de la Agencia Espacial Europea.
Rayos X en el espacio
El satélite XRISM se lanzó en septiembre de 2023 y comenzó sus operaciones científicas a principios de 2024. Desde entonces, ha brindado imágenes largamente esperadas y sin precedentes de sistemas cósmicos que emiten rayos X.
“XRISM es al menos 10 veces más sensible que cualquier instrumento de rayos X anterior”, afirmó Miller, profesor Douglas Richstone de Astronomía. “Por eso, de repente podemos ver líneas espectrales realmente impresionantes, que antes solo parecían ruido en los datos que hemos tenido durante las últimas dos décadas”.
La espectroscopía, que da la “S” a XRISM, analiza las características de la luz que recoge en lugar de utilizar esa luz para crear imágenes. Los rayos X son formas de luz de alta energía, y el espectrómetro Resolve de XRISM puede cuantificar su energía con una precisión inigualable, lo que permite revelar información sobre los entornos que los generan.
En el caso del nuevo estudio, este sistema fue 4U 1630-472, un sistema binario de rayos X. Los astrónomos creen que este binario en particular está formado por un agujero negro de masa estelar y una estrella compañera “normal” similar a nuestro sol.
La inmensa gravedad del agujero negro roba materia de la estrella compañera, absorbiéndola hacia un disco de acreción que rodea al agujero negro. Ese material transferido se calienta tanto, hasta alcanzar los 10 millones de Kelvin, o unos 18 millones de grados Fahrenheit, que emite rayos X.
Otra característica importante de 4U 1630-472 es que su brillo varía de manera muy pronunciada. En su estado normal de reposo, es aproximadamente tan luminoso como nuestro sol, explicó Miller. Sin embargo, cada dos años aproximadamente, experimenta una erupción y su brillo puede aumentar 10,000 veces en el transcurso de una semana. El 16 de febrero de 2024, XRISM observó 4U 1630-472 al final de una de estas erupciones, abriendo una nueva ventana a la ciencia de los agujeros negros.
Solo lanzando masa al espacio
Con XRISM, los investigadores descubrieron que, incluso cuando los rayos X disminuían, 4U 1630-472 aún lograba expulsar gas al 3% de la velocidad de la luz, es decir, a 32 millones de kilómetros por hora.
“Pudimos observar una variedad de tasas de flujo de gas que nunca logramos ver en los agujeros negros masivos en el centro de las galaxias”, explicó Miller. “La escala de tiempo para ver algo así en el agujero negro de la Vía Láctea sería de cientos de millones de años. Así que una de las razones para estudiar estos más pequeños es obtener una pista sobre cómo podría cambiar el flujo de gas en los agujeros negros más masivos a lo largo de la evolución de una galaxia”.
Los investigadores esperaban ver que la materia cayera hacia el agujero negro de una manera más controlada y precisa a medida que disminuía la tasa de flujo, lo cual tiene sentido de forma intuitiva. Miller lo comparó con verter agua.
“Esperas derramar mucho si intentas verter un balde de agua en una taza, pero no cuando viertes una taza de agua en un balde”, explicó. “Los agujeros negros parecen derramar en ambos extremos”.
En otras palabras, la analogía funciona para los agujeros negros cuando la materia fluye de un balde a una taza, pero el equipo descubrió que en situaciones de taza a balde también ocurre lo mismo.
“Seguía habiendo masa que se dispersaba en lugar de ser absorbida directamente por el agujero negro”, dijo Miller.
Este hallazgo inesperado genera aún más preguntas sobre los agujeros negros y la evolución de las galaxias, muchas de las cuales XRISM está preparado para ayudar a responder. Sin embargo, ahora su capacidad para hacerlo está en duda debido a la propuesta presupuestaria del presidente Trump, que eliminaría efectivamente la financiación estadounidense para la misión.
“Aún no hemos terminado lo que la NASA llama la fase principal de la misión, que es un periodo de dos años en el que se buscan ejemplos de ciencia innovadora que se pueda realizar”, comentó Miller. “Luego, durante el resto de la misión, te dedicas a profundizar en esas áreas una vez que las has descubierto”.
El final nominal de la fase principal de XRISM está previsto para septiembre de 2026, pero las misiones suelen renovarse más allá de esa fecha siempre que sea posible para maximizar el retorno de la inversión. Por ejemplo, el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA se lanzó en 1999 con una misión nominal de cinco años y aún sigue en funcionamiento.
“El dinero que se necesita para estas misiones se destina casi todo al principio, a la construcción, el desarrollo tecnológico y el lanzamiento”, explicó Miller. “Operar año con año representa solo una pequeña fracción del total”.
Existe la posibilidad de que JAXA pueda seguir operando XRISM sin el apoyo de la NASA, señaló Miller, pero no es algo en lo que él y sus colegas quieran confiar.
“Hay una comunidad de cientos, quizá hasta un par de miles de científicos en EE. UU. que se beneficiarán de XRISM”, señaló Miller. “Todos estamos aprovechando al máximo su uso ahora y esperando que no sea nuestra última oportunidad”.
