El agujero negro Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea es un espectáculo de fuegos artificiales cósmico imparable, con locas explosiones de energía que parecen no seguir reglas. Utilizando el telescopio espacial James Webb, los científicos observaron explosiones ininterrumpidas, algunas de las cuales duraron sólo unos segundos y otras duraron meses. ¿Por qué? Los campos magnéticos son caóticos y los plasmas son turbulentos, pero el verdadero misterio es si existe un orden oculto más profundo en estos deslumbrantes fenómenos.
El agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea está ofreciendo un espectáculo impredecible. Un equipo de astrofísicos dirigido por la Universidad Northwestern utilizó el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA para realizar las observaciones más detalladas y profundas hasta el momento del misterioso vacío en el centro de la Vía Láctea.
Sus observaciones muestran que Sagitario A*, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea, está emitiendo llamaradas... sin interrupción. Algunas de estas llamaradas aparecen como destellos breves y débiles que duran sólo unos segundos, mientras que otras son ráfagas diarias de luz intensa. Incluso cambios más sutiles pueden durar meses. Esta incesante actividad abarca enormes escalas de tiempo, desde rápidos destellos hasta explosiones prolongadas y sostenidas.
Los astrofísicos de la Universidad Northwestern utilizaron el telescopio espacial James Webb de la NASA para realizar las observaciones más largas y detalladas hasta el momento del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Descubrieron que el disco de acreción del agujero negro emitía llamaradas constantemente sin interrupción. Este vídeo muestra datos de 2,1 micrones tomados el 7 de abril de 2024. Fuente: FarhadYusef-Zadeh/Northwestern University
Los hallazgos podrían proporcionar información crucial sobre la naturaleza de los agujeros negros, sus interacciones con su entorno y las fuerzas que influyen en la evolución de la Vía Láctea. La investigación se publicará hoy (18 de febrero) en The Astrophysical Journal Letters.
Farhad Yusef-Zadeh, de la Universidad Northwestern, quien dirigió el estudio, dijo: "Se espera que ocurran llamaradas esencialmente en todos los agujeros negros supermasivos, pero el nuestro es único. Está continuamente activo y nunca parece estarlo. Logrando un estado estable. Observamos este agujero negro varias veces durante 2023 y 2024, y cada vez que lo observamos, vimos algo diferente, lo cual es realmente notable".
Yusef-Zadeh es un experto en el centro galáctico y profesor de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de la Universidad Northwestern. Los coautores del equipo internacional incluyen a Howard Bushouse del Instituto Científico del Telescopio Espacial, Richard G. Arendt de la NASA, Mark Wardle de la Universidad Macquarie en Australia, Joseph Michail de la Universidad de Harvard y el Smithsonian College, y Claire Chandler del Observatorio Nacional de Radioastronomía.
Para realizar el estudio, Yusef-Zadeh y su equipo utilizaron la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de JWST, que puede observar dos colores infrarrojos simultáneamente durante largos períodos de tiempo. Utilizando esta herramienta de imágenes, los investigadores observaron Sagitario A* durante hasta 48 horas, medidas en incrementos de 8 a 10 horas, a lo largo de un año. Esto permite a los científicos rastrear cómo cambia el agujero negro con el tiempo.
Aunque Yosef-Zadeh esperaba ver una llamarada, Sagitario A* estaba más activo de lo que esperaba. En pocas palabras: las observaciones muestran que los fuegos artificiales varían en brillo y duración. El disco de acreción alrededor del agujero negro produce de cinco a seis grandes llamaradas por día, intercaladas con varias llamaradas secundarias más pequeñas.
Aunque los astrofísicos no comprenden completamente el proceso, Yusef-Zadeh sospecha que las explosiones cortas y las llamaradas más largas son causadas por dos procesos diferentes. Si el disco de acreción fuera un río, entonces los breves y débiles destellos serían como pequeñas ondas aleatorias en la superficie del río. Las llamaradas más largas y brillantes, por otro lado, se parecen más a las mareas y son causadas por eventos más significativos. Pequeñas perturbaciones dentro del disco de acreción pueden producir leves parpadeos. Específicamente, las fluctuaciones turbulentas dentro del disco de acreción comprimen el plasma, un gas caliente cargado eléctricamente, provocando breves estallidos de radiación. Yosef-Zadeh comparó el fenómeno con una erupción solar.
Explicó: "Esto es similar al proceso en el que el campo magnético del sol se acumula, se comprime y luego entra en erupción en una llamarada solar. Por supuesto, este proceso es más violento porque el entorno alrededor del agujero negro tiene mayor energía y es más extremo. Sin embargo, la superficie del sol también es muy activa".
Yusef-Zadeh atribuye las grandes y brillantes llamaradas a eventos de reconexión magnética: el proceso en el que dos campos magnéticos chocan, liberando energía en forma de partículas aceleradas. Estas partículas vuelan casi a la velocidad de la luz, enviando deslumbrantes pulsos de radiación. Los eventos de reconexión magnética son como chispas electrostáticas. En cierto sentido, se trata también de una "reconexión eléctrica".
Debido a que la NIRCam de JWST puede observar simultáneamente dos longitudes de onda diferentes (2,1 y 4,8 micrones), Yusef-Zadeh y sus colaboradores pudieron comparar cómo cambia el brillo de la llamarada con cada longitud de onda. Captar dos longitudes de onda de luz es como "ver en color en lugar de en blanco y negro", dijo Yousef-Zadeh. Al observar Sagitario A* en múltiples longitudes de onda, capturó una imagen más completa y matizada de su comportamiento.
Sin embargo, los investigadores se llevaron otra sorpresa. Descubrieron inesperadamente que los eventos observados en longitudes de onda más cortas cambiaban de brillo ligeramente antes que los eventos observados en longitudes de onda más largas.
"Esta es la primera vez que hemos visto un retraso en las mediciones en estas longitudes de onda", dijo Yusef-Zadeh. "Observamos estas longitudes de onda simultáneamente con NIRCam y notamos que las longitudes de onda más largas iban ligeramente por detrás de las longitudes de onda más cortas, tal vez entre unos pocos segundos y 40 segundos".
Este retraso proporciona pistas adicionales sobre los procesos físicos que ocurren alrededor del agujero negro. Una explicación es que las partículas pierden energía durante la llamarada: las partículas con longitudes de onda más cortas pierden energía más rápido que las partículas con longitudes de onda más largas. Este cambio se espera para las partículas que orbitan líneas de campo magnético.
Para explorar más a fondo estas cuestiones, Yusef-Zadeh espera utilizar JWST para realizar observaciones más largas de Sagitario A*. Recientemente presentó una propuesta para realizar observaciones del agujero negro durante 24 horas. Observaciones más largas ayudarán a reducir el ruido, permitiendo a los investigadores ver detalles más finos.
"Hay que competir con el ruido cuando se observan llamaradas tan débiles", dijo Yusef-Zadeh. "Si podemos observar durante 24 horas, entonces podemos reducir el ruido y ver características que no podíamos ver antes. También podemos ver si estas llamaradas parecen ser periódicas (o recurrentes), o si son verdaderamente aleatorias".