Astrónomos ven despertar de un agujero negro masivo en tiempo real

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A finales de 2019, la galaxia SDSS1335+0728, que no tenía nada de especial, de repente comenzó a brillar más que nunca. Para entender el motivo, un equipo de astrónomos utilizó datos de varios observatorios espaciales y terrestres, incluido el Very Large Telescope (VLT de ESO), para estudiar cómo ha variado el brillo de la galaxia. En un trabajo publicado ayer, concluyen que están presenciando cambios nunca antes vistos en una galaxia, probablemente el resultado del repentino despertar del agujero negro masivo que hay en su núcleo.

Ilustración de la galaxia SDSS1335+0728 ’encendiéndose’

A finales de 2019, la galaxia SDSS1335+0728 de repente comenzó a brillar más que nunca y se clasificó como un núcleo galáctico activo, alimentado por un agujero negro masivo ubicado en el núcleo de la galaxia. Esta es la primera vez que se observa en tiempo real la activación de un agujero negro masivo. La iustración muestra el creciente disco de material que es atraído por el agujero negro a medida que se alimenta del gas disponible en su entorno, lo que hace que la galaxia se “encienda”. Crédito: ESO/M. Kornmesser

“Imagina que has estado observando una galaxia distante durante años y siempre parece tranquila e inactiva”, señaló Paula Sánchez Sáez, astrónoma de ESO en Alemania y autora principal del estudio aceptado para su publicación en la revista Astronomy & Astrophysics. De repente, su [núcleo] comienza a mostrar drásticos cambios en el brillo, de una forma totalmente diferente a lo que se había observado antes". Esto es lo que sucedió con SDSS1335+0728 cuando, en diciembre de 2019¹] aumentó su brillo de forma impactante. Por eso ahora se clasifica como un “núcleo galáctico activo” ( AGN por sus siglas en inglés, una región compacta y brillante alimentada por un agujero negro masivo).

Algunos fenómenos, como las explosiones de supernovas o los eventos de disrupción de marea (cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro y se desgarra), pueden hacer que las galaxias se iluminen de forma repentina. Pero estas variaciones de brillo suelen durar unas pocas docenas o, como máximo, unos pocos cientos de días. Actualmente, más de cuatro años después de que se viera por primera vez su “encendido”, SDSS1335+0728 sigue incrementando su brillo. Además, las variaciones detectadas en la galaxia, que se encuentra a 300 millones de años luz de distancia en la constelación de Virgo, no se parecen a nada de lo que se haya observado antes, lo que apunta hacia una explicación diferente.

Dos etapas en la formación de un disco de gas y polvo alrededor del enorme agujero negro situado en el centro de la galaxia SDSS1335+0728

La ilustración muestra dos etapas en la formación de un disco de gas y polvo alrededor del enorme agujero negro situado en el centro de la galaxia SDSS1335+0728. El núcleo de esta galaxia se iluminó en 2019 y sigue brillando hoy, la primera vez que observamos que un agujero negro masivo se activa en tiempo real. Crédito: ESO/M. Kornmesser

El equipo trató de comprender estas variaciones de brillo utilizando una combinación de datos de archivo y nuevas observaciones de varias instalaciones, incluido el instrumento X-shooter, instalado en el VLT de ESO, en el desierto de Atacama². Al comparar los datos tomados antes y después de diciembre de 2019, descubrieron que SDSS1335+0728 ahora irradia mucha más luz en longitudes de onda ultravioleta, óptica e infrarroja. La galaxia también comenzó a emitir rayos X en febrero de 2024. “Este comportamiento no tiene precedentes”, afirmó Sánchez Sáez, quien también está afiliada al Instituto Milenio de Astrofísica (MAS), en Chile.

En tiempo real
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“La opción más tangible para explicar este fenómeno es que estamos viendo cómo el [núcleo] de la galaxia está empezando a mostrar (…) actividad”, señaló la coautora Lorena Hernández García, del MAS y de la Universidad de Valparaíso, en Chile. “De ser así, esta sería la primera vez que vemos la activación de un agujero negro masivo en tiempo real”.

Este vídeo nos acerca a la galaxia SDSS1335+0728, que a finales de 2019 de repente comenzó a brillar más que nunca y se clasificó como un núcleo galáctico activo. Es la primera vez que se observa en tiempo real el despertar de un agujero negro masivo. Las diversas imágenes que se muestran fueron tomadas con diferentes telescopios en diferentes momentos, y se han mezclado para crear este zoom. Crédito: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser, N. Risinger (skysurvey.org), SDSS, Space Engine (spaceengine.org). Music: Astral Electronic.

La mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea, cuentan en su centro con un agujero negro masivo (con masas de más de cien mil veces la de nuestro Sol). “Estos monstruos gigantes suelen estar durmiendo y no son visibles de manera directa”, explicó el coautor, Claudio Ricci, de la Universidad Diego Portales, también en Chile. “En el caso de SDSS1335+0728, pudimos observar el despertar del agujero negro masivo, [que] de repente, comenzó a darse un festín con el gas disponible en sus alrededores, volviéndose muy brillante”.

[Este] proceso (…) nunca se había observado antes", confirmó Hernández García. Estudios anteriores señalaban que las galaxias inactivas se vuelven activas después de varios años, pero esta es la primera vez que el proceso en sí, el despertar del agujero negro, se ha observado en tiempo real. Ricci, que también está afiliado al Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Pekín (China), añadió: “Esto es algo que podría ocurrirle también a nuestro propio Sgr A*, el agujero negro masivo (…) ubicado en el centro de nuestra galaxia”, pero no está claro con qué probabilidad podría suceder.

Todavía se necesitan observaciones de seguimiento para descartar explicaciones alternativas. Otra posibilidad es que estemos viendo un evento de disrupción de marea inusualmente lento, o incluso un nuevo fenómeno. Si de hecho se trata de un evento de disrupción de marea, este sería el evento más largo y débil jamás observado. “Independientemente de la naturaleza de las variaciones, [esta galaxia] proporciona información valiosa sobre cómo crecen y evolucionan los agujeros negros”, señaló Sánchez Sáez. “Esperamos que instrumentos como MUSE en el VLT o los del próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT, por sus siglas en inglés) sean clave para comprender [por qué la galaxia está brillando]”.

Esta animación muestra el creciente disco de material que hay alrededor del enorme agujero negro situado en el centro de la galaxia SDSS1335+0728. A finales de 2019, esta galaxia de repente comenzó a brillar más que nunca y se clasificó como un núcleo galáctico activo, alimentado por el agujero negro central que, a su vez, se alimenta del material circundante. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Importante
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El artículo SDSS1335+0728: The awakening of a ∼ 106M⊙ black hole fue publicado en Astronomy & Astrophysics

El equipo está integrado por P. Sánchez-Sáez (Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania [ESO] e Instituto Milenio de Astrofísica, Chile [MAS]), L. Hernández-García (MAS e Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Chile [IFA-UV]), S. Bernal (IFA-UV y Núcleo Milenio de Investigación y Tecnología Transversal para Explorar Agujeros Negros Supermasivos, Chile [TITANS]), A. Bayo (ESO), G. Calistro Rivera (ESO), F. E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile; Centro de Astroingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile; MAS; y el Instituto de Ciencias Espaciales, Estados Unidos), C. Ricci (Instituto de Estudios Astrofísicos, Universidad Diego Portales, Chile [UDP] e Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica, China), A. Merloni (Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania [MPE]), M. J. Graham (Instituto de Tecnología de California, Estados Unidos), R. Cartier (Observatorio Gemini, Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja NSF, Chile, y UDP), P. Arévalo (IFA-UV y TITANS), R.J. Assel (UDP), A. Concas (ESO e INAF - Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia), D. Homan (Instituto Leibniz de astrofísica de Potsdam, Alemania [AIP]), M. Krumpe (AIP), P. Lira (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile [UChile], y TITANS), A. Malyali (MPE), M. L. Martínez-Aldama (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), A. M. Muñoz Arancibia (MAS y Centro de Modelación Matemática, Universidad de Chile, Chile [CMM-UChile]), A. Rau (MPE), G. Bruni (INAF - Instituto de Astrofísica Espacial y Planetología, Italia), F. Förster (Iniciativa de Datos e Inteligencia Artificial, Universidad de Chile, Chile; MAS; CMM-UChile; y UChile), M. Pavez-Herrera (MAS), D. Tubín-Arenas (AIP) y M. Brightman (Centro Cahill de Astrofísica, Instituto de Tecnología de California, EE.UU.).

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Las inusuales variaciones de brillo de la galaxia SDSS1335+0728 fueron detectadas por el telescopio Zwicky Transient Facility (ZTF), instalado en los Estados Unidos. A continuación, el corredor chileno de Aprendizaje Automático para la Clasificación Rápida de Eventos (ALeRCE) clasificó a SDSS1335+0728 como un núcleo galáctico activo. ↩︎
El equipo de astrónomos recopiló datos de archivo del Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) y Galaxy Evolution Explorer (GALEX) de la NASA, el Two Micron All Sky Survey (2MASS), el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y el instrumento eROSITA en el observatorio espacial Spektr-RG de IKI y DLR. Además del VLT de ESO, las observaciones de seguimiento se llevaron a cabo con el Telescopio de Investigación Astrofísica del Sur (SOAR), el Observatorio W. M. Keck, el Observatorio Neil Gehrels Swift y el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. ↩︎