Destello en galaxia distante podría cambiar nuestra forma de ver los agujeros negros         

 

Por Daniel Strain, Universidad de Colorado en Boulder

05 de mayo de 2022.

Representación artística de una galaxia lejana que experimenta un aumento repentino de brillo. Crédito: NASA/Universidad Estatal de Sonoma, Aurore Simonnet.

 

Algo extraño está en marcha en la galaxia conocida como 1ES 1927+654: a fines de 2017, y por razones que los científicos no pudieron  explicar, el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de esta galaxia sufrió una crisis de identidad masiva. En un lapso de meses, el objeto ya brillante, que es tan luminoso que pertenece a una clase de agujeros negros conocidos como núcleos galácticos activos (AGN), de repente se volvió mucho más brillante, brillando casi 100 veces más de lo normal en luz visible.

 

Ahora, un equipo internacional de astrofísicos, incluidos científicos de CU Boulder, puede haber identificado la causa de ese cambio. Las  líneas de campo magnético que atraviesan el agujero negro parecen haberse invertido, provocando un cambio rápido pero de corta duración en las propiedades del objeto. Fue como si las brújulas en la Tierra de repente comenzaran a apuntar al sur en lugar del norte.

 

Los hallazgos, publicados el 5 de mayo en The Astrophysical Journal, podrían cambiar la forma en que los científicos observan los agujeros negros supermasivos, dijo el coautor del estudio, Nicolas Scepi.

 

"Normalmente, esperaríamos que los agujeros negros evolucionaran durante millones de años", dijo Scepi, investigador postdoctoral en JILA,  un instituto de investigación conjunto entre CU Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). "Pero estos objetos, a los que llamamos AGN de ​​apariencia cambiante, evolucionan en escalas de tiempo muy cortas. Sus campos magnéticos pueden ser clave para comprender esta rápida evolución".

 

Scepi, junto con los becarios de JILA Mitchell Begelman y Jason Dexter, primero teorizaron que un flip-flop (cambio repentino) magnético de este tipo podría ser posible en 2021.

 

El nuevo estudio apoya la idea. En él, un equipo dirigido por Sibasish Laha del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA recopiló los datos más completos hasta el momento sobre este objeto lejano. El grupo se basó en las observaciones de siete conjuntos de telescopios en la tierra y en el espacio, rastreando el flujo de radiación de 1ES 1927+654 cuando el AGN brilló y luego se atenuó.

 

Las observaciones sugieren que los campos magnéticos de los agujeros negros supermasivos pueden ser mucho más dinámicos de lo que creían los científicos. Y, señaló Begelman, este AGN probablemente no esté solo.

 

"Si vimos esto en un caso, definitivamente lo veremos de nuevo", dijo Begelman, profesor del Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias (APS). "Ahora sabemos qué buscar".

 

Un agujero negro inusual.

 

Begelman explicó que los AGN surgen de algunas de las físicas más extremas del Universo conocido.

 

Estos monstruos surgen cuando los agujeros negros supermasivos comienzan a extraer grandes cantidades de gas de las galaxias que los  rodean. Al igual que el agua circulando por un desagüe, ese material girará cada vez más rápido a medida que se acerca al agujero negro, formando un "disco de acreción" brillante que genera una radiación intensa y variada que los científicos pueden ver desde miles de millones de años luz de distancia.

 

Esos discos de acreción también dan lugar a una característica curiosa: generan fuertes campos magnéticos que envuelven el agujero negro central y, como el propio campo magnético de la Tierra, apuntan en una dirección distinta, como el norte o el sur.

 

"Cada vez hay más pruebas del Event Horizon Telescope y otras observaciones de que los campos magnéticos podrían desempeñar un papel clave para influir en la forma en que el gas cae en los agujeros negros", dijo Dexter, profesor asistente en APS.

 

Lo que también podría influir en qué tan brillante se ve un AGN, como el que se encuentra en el corazón de 1ES 1927+654, a través de los telescopios.

 

Para mayo de 2018, el aumento de energía de este objeto había alcanzado un pico, expulsando más luz visible pero también muchas veces  más radiación ultravioleta de lo habitual. Casi al mismo tiempo, las emisiones de radiación de rayos X del AGN comenzaron a atenuarse.

 

"Normalmente, si aumenta el ultravioleta, también aumentarán los rayos X", dijo Scepi. "Pero aquí, el ultravioleta aumentó, mientras que los  rayos X disminuyeron mucho. Eso es muy inusual".

 

Girando sobre su cabeza.

 

Los investigadores de JILA propusieron una posible respuesta para ese comportamiento inusual en un artículo publicado el año pasado.

 

Begelman explicó que estas características atraen constantemente gas del espacio exterior, y parte de ese gas también transporta campos  magnéticos. Si el AGN atrae campos magnéticos que apuntan en una dirección opuesta a la suya (apuntan al sur, digamos, en lugar del norte), entonces su propio campo se debilitará. Es un poco como un equipo de tira y afloja tirando de una cuerda en una dirección puede anular los esfuerzos de sus oponentes tirando hacia el otro lado.

 

Con este AGN, teorizó el equipo de JILA, el campo magnético del agujero negro se debilitó tanto que se volcó.

 

"Básicamente, estás eliminando el campo magnético por completo", dijo Begelman.

 

En el nuevo estudio, los investigadores dirigidos por la NASA se propusieron recopilar tantas observaciones como pudieron de 1ES 1927+654.

 

La desconexión entre la radiación ultravioleta y la de rayos X resultó ser la prueba irrefutable. Los astrofísicos sospechan que un campo  magnético debilitado provocaría un cambio de este tipo en la física de un AGN: desplazaría el disco de acreción del agujero negro para que expulsara más luz ultravioleta y visible y, paradójicamente, menos radiación de rayos X. Ninguna otra teoría podría explicar lo que estaban viendo los investigadores.

 

El AGN se calmó y volvió a la normalidad en el verano de 2021. Pero Scepi y Begelman ven el evento como un experimento natural, una  forma de sondear cerca del agujero negro para aprender más sobre cómo estos objetos alimentan brillantes rayos de radiación. Esa información, a su vez, puede ayudar a los científicos a saber exactamente qué tipo de señales deben buscar para encontrar AGN más extraños en el cielo nocturno.

 

"Tal vez hay algunos eventos similares que ya se han observado, pero aún no los conocemos", dijo Scepi.

 

Fuente:

https://phys.org/news/2022-05-surging-distant-galaxy-black-holes.html