El agujero negro en el centro de una galaxia distante se enciende periódicamente. Crédito:Agencia Espacial Europea
El telescopio espacial de rayos X de la ESA XMM-Newton ha detectado llamaradas periódicas nunca antes vistas de radiación de rayos X procedentes de una galaxia distante que podrían ayudar a explicar algunos comportamientos enigmáticos de los agujeros negros activos.
XMM-Newton, el observatorio de rayos X más potente, descubrió algunos destellos misteriosos del agujero negro activo en el núcleo de la galaxia GSN 069, a unos 250 millones de años luz de distancia. El 24 de diciembre de 2018, se vio que la fuente aumentaba repentinamente su brillo hasta en un factor de 100, luego volvió a atenuarse a sus niveles normales en una hora y volvió a encenderse nueve horas después.
"Fue completamente inesperado, "dice Giovanni Miniutti, del Centro de Astrobiología de Madrid, España, autor principal de un nuevo artículo publicado en la revista Naturaleza hoy dia.
"Los agujeros negros gigantes parpadean regularmente como una vela, pero el rápido, la repetición de los cambios observados en GSN 069 a partir de diciembre es algo completamente nuevo ".
Observaciones adicionales, realizado con XMM-Newton, así como con el observatorio de rayos X Chandra de la NASA en los siguientes meses, confirmó que el agujero negro distante todavía estaba manteniendo el ritmo, emitiendo ráfagas casi periódicas de rayos X cada nueve horas. Los investigadores están llamando al nuevo fenómeno 'erupciones cuasi-periódicas, "o QPE.
"La emisión de rayos X proviene del material que se está acumulando en el agujero negro y se calienta en el proceso, "explica Giovanni.
"Existen varios mecanismos en el disco de acreción que podrían dar lugar a este tipo de señal cuasiperiódica, potencialmente vinculado a inestabilidades en el flujo de acreción cerca del agujero negro central.
"Alternativamente, las erupciones podrían deberse a la interacción del material del disco con un segundo cuerpo, otro agujero negro o quizás el remanente de una estrella previamente interrumpida por el agujero negro ".
Vista óptica y de rayos X. Crédito:Agencia Espacial Europea
Aunque nunca antes observado, Giovanni y sus colegas creen que las erupciones periódicas como estas podrían ser bastante comunes en el Universo.
Es posible que el fenómeno no se haya identificado antes porque la mayoría de los agujeros negros en los núcleos de galaxias distantes, con masas de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, son mucho más grandes que el de GSN 069, que es sólo unas 400 000 veces más masivo que nuestro Sol.
Cuanto más grande y masivo sea el agujero negro, Cuanto más lentas sean las fluctuaciones en el brillo que puede mostrar, por lo que un agujero negro supermasivo típico no estallaría cada nueve horas, pero cada pocos meses o años. Esto haría que la detección sea poco probable, ya que las observaciones rara vez abarcan períodos de tiempo tan largos.
Y hay más. Las erupciones cuasi-periódicas como las que se encuentran en GSN 069 podrían proporcionar un marco natural para interpretar algunos patrones desconcertantes observados en una fracción significativa de agujeros negros activos. cuyo brillo parece variar demasiado rápido para ser explicado fácilmente por los modelos teóricos actuales.
"Conocemos muchos agujeros negros masivos cuyo brillo aumenta o decae por factores muy importantes en días o meses, mientras que esperaríamos que varíen a un ritmo mucho más lento, "dice Giovanni.
"Pero si parte de esta variabilidad corresponde a las fases de ascenso o decaimiento de erupciones similares a las descubiertas en GSN 069, luego la rápida variabilidad de estos sistemas, que parece actualmente inviable, naturalmente podría contabilizarse. Nuevos datos y estudios posteriores dirán si esta analogía realmente es válida ".
Las erupciones cuasi-periódicas detectadas en GSN 069 también podrían explicar otra propiedad intrigante observada en la emisión de rayos X de casi todos los brillantes, Acrecentar agujeros negros supermasivos:el llamado "exceso blando".
It consists in enhanced emission at low X-ray energies, and there is still no consensus on what causes it, with one leading theory invoking a cloud of electrons heated up near the accretion disc.
Quasi-periodic eruptions in GSN 069. Credit:European Space Agency
Like similar black holes, GSN 069 exhibits such a soft X-ray excess during bursts, but not between eruptions.
"We may be witnessing the formation of the soft excess in real time, which could shed light on its physical origin, " says co-author Richard Saxton from the XMM-Newton operation team at ESA's astronomy centre in Spain.
"How the cloud of electrons is created is currently unclear, but we are trying to identify the mechanism by studying the changes in the X-ray spectrum of GSN 069 during the eruptions."
The team is already trying to pinpoint the defining properties of GSN 069 at the time when the periodic eruptions were first detected to look for more cases to study.
"One of our immediate goals is to search for X-ray quasi-periodic eruptions in other galaxies, to further understand the physical origin of this new phenomenon, " adds co-author Margherita Giustini of Madrid's Centro de Astrobiología.
"GSN 069 is an extremely fascinating source, with the potential to become a reference in the field of black hole accretion, " says Norbert Schartel, ESA's XMM-Newton project scientist.
The discovery would not have been possible without XMM-Newton's capabilities.
"These bursts happen in the low energy part of the X-ray band, where XMM-Newton is unbeatable. We will certainly need to use the observatory again if we want to find more of these kinds of events in the future, " concludes Norbert.
"Nine-hour X-ray quasi-periodic eruptions from a low-mass black hole galactic nucleus, " by G. Miniutti et al., is published in Naturaleza .
