El enigma de las señales cósmicas que llegan cada 131 segundos

Reconstrucción del agujero negro devorando una estrella. CHANDRA / EPV

Dos estudios aclaran el comportamiento de los agujeros negros, los objetos más violentos del universo.

Durante 500 días, unas potentes señales de rayos X llegaron a la Tierra desde una remota galaxia. Lo más sorprendente es que eran periódicas. Se repetían exactamente cada 131 segundos. Para alcanzar esa galaxia y conocer el origen de esas señales habría que viajar durante casi 300 millones de años a 300.000 kilómetros por segundo —la velocidad de la luz— algo totalmente imposible con la tecnología actual. Ahora, gracias a varios telescopios espaciales, un equipo de astrónomos ha conseguido explicar el fenómeno y, de paso, aclarar cómo se alimentan los agujeros negros.

La teoría de la relatividad de Einstein predice la existencia de estos cuerpos, cadáveres de grandes estrellas cuya enorme masa se concentra en una superficie esférica reducida de forma que nada que cruce su umbral puede escapar a su poderosa fuerza gravitatoria, ni siquiera la luz. Son invisibles a los telescopios, pero gracias a la observación de su entorno puede conocerse mejor las diferentes clases de agujeros y su comportamiento.

Un evento como este sucede solo una vez cada 50.000 años en una galaxia

DHEERAJ PASHAM, ASTROFÍSICO

En noviembre de 2014, varios telescopios captaron un estallido de rayos X llegado desde un agujero negro con una masa un millón de veces superior a la del Sol que está en el centro de la galaxia en cuestión. Es un cuerpo similar al que hay en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. El destello se produjo cuando el agujero engulló una estrella que cruzó el horizonte de sucesos, el límite más allá del cual nada puede escapar a su atracción.

“Un evento como este sucede solo una vez cada 50.000 años en una galaxia”, resalta Dheeraj Pasham, físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EE UU. Su equipo ha analizado las observaciones de este agujero negro hechas por los telescopios espaciales XMM Newton de la Agencia Espacial Europea, y Chandra y Swift de la NASA. Todos captaron la misma señal pautada de rayos X que llegaba justo desde el horizonte de sucesos.

Gracias a estas señales el equipo ha podido estimar por primera vez la velocidad de rotación de un agujero negro: 150.000 kilómetros por segundo, es decir, la mitad de la velocidad de la luz, según explican en un estudio publicado este jueves en Science y presentado en el congreso de la Sociedad Astronómica de EE UU, que se celebra en Seattle.

La hipótesis del equipo es que parte de la estrella no fue devorada, sino que se desintegró en una nube de gas y polvo que quedó orbitando justo en el horizonte del agujero. Los pulsos periódicos se deben a que hay otra estrella en la misma órbita, una enana blanca, que arrastró consigo la nube de polvo y produce las emisiones periódicas de rayos X. Se trata de un fenómeno extremadamente raro que durará solo unos cientos de años antes de que el agujero se trague a este otro astro, explican los responsables del estudio.

El trabajo de Pasham permitirá explorar regiones del cosmos imposibles de visitar y aclarar la evolución de este tipo de agujeros negros, fundamentales para la evolución de las galaxias que se forman a su alrededor. “Usando estos mismos principios”, explica Pasham, se podría inferir la rotación de otros agujeros negros supermasivos e incluso crear “una función de distribución para explicar cómo han evolucionado los agujeros negros supermasivos desde el principio del tiempo hasta ahora”, explica. Sobre los pulsos periódicos, tal vez no se vuelva a saber más. “La señal estuvo activa durante 500 días. Después el brillo disminuyó radicalmente y ya no es detectable con ningún telescopio”, explica el astrofísico. Solo se conoce otro caso de este tipo de señales, añade.

El año pasado se captó otro potente estallido de rayos X llegado de un lugar a apenas 10.000 años luz de la Tierra. Era un agujero negro de 10 masas solares que acababa de engullir una gran cantidad de polvo y gas que provenía de una estrella cercana. Un equipo de astrónomos de EE UU y Europa recurrieron al experimento Nicer, que comenzó a funcionar el año pasado a bordo de la Estación Espacial Internacional, para cartografiar el agujero negro en función de sus emanaciones de luz. Alrededor de estos cuerpos se forma un disco de gas y polvo a cientos de miles de grados sometido a la gran velocidad de rotación, lo que acaba descomponiendo los átomos. Los protones y los neutrones quedan en este disco de acreción mientras que los electrones forman una nube justo encima del agujero que recibe el nombre de corona. El estudio, publicado en la portada de la revista Nature, ha captado cómo esta corona se contrae decenas de kilómetros cuando el agujero se pega un atracón de materia estelar y escupe los potentes estallidos de rayos X.

Es la primera vez que se observa algo así en un agujero negro cercano y de pequeño tamaño, los más violentos. Los científicos creen que pueden utilizar estos cuerpos como análogos de los agujeros supermasivos para estudiar sus efectos en la evolución de galaxias distantes. El equipo ha captado ya otros cuatro eventos similares con el instrumento a bordo de la ISS, según Phil Uttley, coautor del estudio. “Estamos a punto de conseguir descubrimientos rompedores”, asegura.

¿QUÉ HAY DENTRO DE UN AGUJERO NEGRO?

En el universo hay dos grandes clases de agujeros negros. “Los de masa estelar tienen el tamaño de una ciudad y masas de hasta 10 soles y nacen de explosiones de estrellas enormes”, escribe Daryl Haggard, del Instituto del Espacio de la Universidad McGill, en Canadá, en un comentario publicado por Nature. “Los agujeros supermasivos tienen el tamaño del sistema solar, concentran millones o miles de millones de veces la masa del Sol y residen en el centro de las galaxias”. Lo que aún es imposible saber es qué sucede con lo que cae en un agujero. “Según la teoría de la relatividad de Einstein ninguna información puede escapar del interior de un agujero negro, porque para ello tendría que viajar más rápido que la luz [y la relatividad deja claro que nada puede ser más rápido que la luz]”, explica Teo Muñoz Darias, del Instituto de Astrofísica de Canarias. Solo gracias a nuevas teorías aún por demostrar como la gravedad cuántica se podría comenzar a responder esta pregunta.