Extrañas erupciones cíclicas de rayos X
ASTROFÍSICA.
Por vez primera, un grupo de astrónomos ha investigado el entorno físico de ciertas erupciones de rayos X que ocurren cerca de los agujeros negros supermasivos.
Solo desde recientemente se sabe de la existencia de estas misteriosas erupciones de rayos X, a las cuales se las llama erupciones cuasi periódicas (QPEs, por sus siglas en inglés).
El telescopio de rayos X NICER se refleja en la visera del casco del astronauta de la NASA e ingeniero de vuelo de la Expedición 72 Nick Hague en esta "selfie espacial" tomada durante un paseo espacial el 16 de enero de 2025. Foto: NASA / Nick Hague.
Esta investigación pionera ha sido posible gracias a datos recolectados por diversos observatorios, entre ellos el NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), un observatorio de rayos X de la NASA instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS).
Una fuente que los astrónomos han apodado Ansky es solo la octava fuente de QPEs que se haya descubierto, y produce las erupciones más energéticas vistas hasta la fecha. Ansky también ha establecido récords en términos de tiempo y duración, con erupciones cada 4,5 días, más o menos, que duran alrededor de 1,5 días.
“Uno de los aspectos más intrigantes de las QPEs es su naturaleza cuasi periódica. Todavía estamos desarrollando las metodologías y los marcos que necesitamos para comprender las causas de las QPEs; y las propiedades inusuales de Ansky nos están ayudando a mejorar esas herramientas”, explica Joheen Chakraborty, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos y coautor de la investigación.
El nombre de Ansky proviene de ZTF19acnskyy, el apodo de un estallido de luz visible que fue observado en 2019. Su fuente fue localizada en una galaxia a unos 300 millones de años-luz de distancia de la Tierra, en la constelación de Virgo. Este estallido fue el primer indicio de la existencia de un fenómeno inusual.
Una teoría dominante sugiere que las erupciones cuasi periódicas de rayos X ocurren en sistemas donde un objeto astronómico de masa relativamente liviana pasa a través del disco de gas que rodea un agujero negro supermasivo que contiene entre cientos de miles y miles de millones de veces la masa del Sol.
Cuando el objeto de menor masa atraviesa el disco, su paso expulsa nubes de gas caliente en expansión que desde la Tierra pueden captarse por las erupciones cuasi periódicas de rayos X asociadas.
Se cree que su cuasi periodicidad se debe a que la órbita del objeto más pequeño no es perfectamente circular, sino que este se mueve trazando una espiral que le va acercando poco a poco al agujero negro. Además, la gravedad extrema cerca del agujero negro deforma el tejido del espacio-tiempo, alterando las órbitas del objeto de modo que esta no se va cerrando sobre sí misma con cada ciclo. Por lo que se sabe hasta ahora, parece que las erupciones se van repitiendo hasta que el disco desaparece o el objeto en órbita se desintegra, lo que puede tardar, como máximo, unos pocos años.
“Las propiedades extremas de Ansky pueden deberse a la naturaleza del disco que está alrededor de su agujero negro supermasivo”, plantea Lorena Hernández-García, astrofísica de la Universidad de Valparaíso en Chile y coautora de la investigación. “En la mayoría de las fuentes de erupciones cuasi periódicas de rayos X, el agujero negro supermasivo probablemente destruye una estrella que pasa, creando un pequeño disco muy cerca de sí mismo. En el caso de Ansky, creemos que el disco es mucho más grande y puede estar relacionado con objetos más lejanos, creando las escalas de tiempo más largas que observamos”.
Para el descubrimiento de las erupciones cuasi periódicas de rayos X de Ansky, se recurrió a datos recolectados por el de NICER, el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA, el Observatorio Chandra de rayos X de la NASA, así como el telescopio espacial XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea).
La ubicación del NICER a bordo de la Estación Espacial Internacional le ha permitido observar a Ansky unas 16 veces al día desde mayo de 2024 hasta julio de ese año. La frecuencia de las observaciones fue crucial para detectar las fluctuaciones de los rayos X que revelaron que Ansky produce las erupciones cuasi periódicas de rayos X.
El equipo de Chakraborty empleó datos del NICER y del telescopio XMM-Newton para cartografiar la rápida evolución del material expulsado que impulsa las erupciones cuasi periódicas de rayos X, las cuales fueron observadas con un detalle sin precedentes mediante el análisis de las variaciones en la intensidad de los rayos X durante el aumento y descenso de cada erupción.
Los investigadores descubrieron que cada erupción expulsaba el equivalente de la masa del planeta Júpiter y que alcanzaba una expansión con velocidades de alrededor del 15 por ciento de la velocidad de la luz.
La capacidad del telescopio NICER para hacer observaciones frecuentes de Ansky desde la estación espacial y sus capacidades de medición únicas también hicieron posible que el equipo midiera el tamaño y la temperatura de la burbuja más o menos esférica de escombros a medida que se iba expandiendo.
Los estudios observacionales de las erupciones cuasi periódicas de rayos X, como el de Chakraborty y sus colegas, también desempeñarán un papel clave en la preparación de la comunidad científica para una nueva era de astronomía multimensajero, la cual combina mediciones utilizando luz, partículas elementales y ondas espaciotemporales llamadas ondas gravitacionales para comprender mejor los objetos astronómicos y los fenómenos del universo.
Uno de los objetivos de la futura misión LISA (Laser Interferometer Space Antenna), a cargo de la ESA pero que también cuenta con la colaboración de la NASA, es estudiar sistemas en los que un objeto de poca masa orbita en torno a uno mucho más masivo, sobre todo en los casos con mayor diferencia entre masas como ocurre con Ansky. Estos sistemas deberían emitir ondas gravitacionales que no son observables con los instrumentos actuales. Los análisis electromagnéticos de las erupciones cuasi periódicas de rayos X antes de que LISA inicie su misión ayudarán a obtener datos con los que guiar las observaciones que realice LISA, cuyo lanzamiento al espacio está previsto para mediados de la década de 2030. (Fuente: NASA)
Sitio Fuente: NCYT de Amazings