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Durante la pasada semana el satélite de la ESA Integral ha estado observando un excepcional estallido de radiación de altra energía producida por un agujero negro que devora material de su compañero de masa estelar.
Los rayos X y gamma proceden de los más extremos fenómenos en el universo, como explosiones estelares, potentes estallidos y agujeros negros devorando la materia a su alrededor.
En contraste con la pacífica vista del cielo nocturno que vemos con nuestros ojos, el cielo visible desde la alta frecuencia es un dinámico espectáculo de luz, con fuentes cuyo brillo cambia en unos minutos de forma drástica, o en escalas de tiempo de años o incluso décadas.
El 15 de junio de 2015 un viejo conocido de los astrónomos de rayos X y gamma hizo su reentrada en la escena cósmica: V404 Cygni, un sistema compuesto por un agujero negro y una estrella compañera, que se orbitan mutuamente. Está en nuestra galaxia, la Vía Láctea, a casi 8.000 años luz de distancia de la constelación de El Cisne.
En este tipo de sistema binario la materia fluye desde la estrella al agujero negro; antes de caer al agujero en espiral, forma un disco a su alrededor, donde se calienta y brilla mucho en las distintas longitudes de onda, óptico, rayos X y ultravioleta.
Los primeros indicios de la renovada actividad en V404 Cygni los detectó el telescopio Burst Alert a bordo del satélite Swift, de la NASA, que registró un repentino aumento de rayos gamma, lo que le hizo observar también con su telescopio de rayos X. Poco después MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image), parte del Módulo de Experimentos Japonés a bordo de la Estación Espacial Internacional, observó un destello de rayos X en la misma región del cielo.
Estas primeras detecciones desencadenaron una campaña masiva de observaciones con telescopios basados en tierra y espaciales, para vigilar V404 Cygni a muy diferentes longitudes de onda. Como parte de este esfuerzo internacional, el observatorio de rayos gamma de la ESA, Integral, empezó a observar el agujero negro el 17 de junio.
“El comportamiento de esta fuente es por ahora extraordinario, con repetidos flashes brillantes en períodos de menos de una hora, algo visto muy raramente en otros sistemas con agujeros negros”, comenta Erik Kuulkers, jefe científico de Integral, de la ESA.
“En estos momentos se convierte en el objeto más brillante de todo el cielo en rayos X, hasta 50 veces más brillante que la nebulosa del Cangrejo, una de las fuentes más brillantes en el cielo a alta energía”.
El sistema V404 no se mostraba así de activo desde 1989, cuando fue observado con el satélite japonés de rayos X Ginga, y con instrumentos de alta energía a bordo de la estación espacial Mir.
“La comunidad científica no podía estar más emocionada: muchos de nosotros ni siquiera éramos astrónomos profesionales por entonces, y los instrumentos y equipos de hace tres décadas no son comparables a la flota de telescopios espaciales y la amplia red de telescopios basados en tierra que disponemos hoy. Esta oportunidad es de las que se dan una vez en la vida profesional”, dice Kuulkers.
La actividad de V404 Cygni en 1989 fue crucial para el estudio de los agujeros negros. Hasta entonces los astrónomos solo conocían un puñado de objetos de los que pensaban que podían ser agujeros negros, y V404 Cygni era uno de los candidatos más convincentes.
Un par de años después, una vez que la fuente hubo regresado a un estado de calma, los astrónomos fueron capaces de ver su estrella compañera, que había sido superada en brillo por la gran actividad del sistema. La masa de la estrella es alrededor de la mitad de la masa del Sol, y estudiando el movimiento relativo de ambos objetos en el sistema binario se determinó que el objeto compañero debía ser un agujero negro unas doce veces más masivo que el Sol.
Por entonces los astrónomos también consultaron los datos archivados de telescopios ópticos durante el siglo XX, y hallaron dos estallidos anteriores, uno en 1938 y otro en 1956.
Estos picos de actividad, que ocurren cada dos o tres décadas, están causados muy probablemente por la materia que se acumula lentamente en el disco que rodea al agujero, lo que conduce a un punto de inflexión tras el que cambia de forma drástica los hábitos alimentarios del agujero negro durante un breve periodo.
“Ahora que este objeto se ha despertado de nuevo, estamos deseosos de aprender más sobre la máquina que alimenta los brotes que observamos”, dice Carlo Ferrigno, del Centro de Datos Científicos de Integral en la Universidad de Ginebra, en Suiza.
“Como coordinadores de las operaciones de Integral, Enrico Bozzo y yo recibimos un mensaje de texto a la 1:30 am el 18 de junio del sistema de alerta, diseñado para detectar explosiones de rayos gamma en los datos de Integral. En este caso resultó ser solo un estallido excepcional desde que Integral observa este agujero negro increíble: ¡desde luego una buena razón para despertarse en plena noche!”.
Desde el primer estallido, detectado el 15 de junio por el satélite Swift, V404 Cygni ha seguido muy activo, manteniendo ocupados a los astrónomos. A lo largo de la pasada semana equipos de todo el mundo han publicado más de 20 Telegramas Astronómicos y otras comunicaciones oficiales acerca del avance de las observaciones a diferentes longitudes de onda.
Este emocionante estallido también ha sido discutido por los astrónomos que asisten a la Semana Europea de Astronomía y Ciencia Espacial esta semana en Tenerife, compartiendo información de las observaciones recientes.
Integral también ha observado el objeto desde el 17 de junio. Los rayos X muestran una gran variabilidad, con llamaradas intensas de solo unos pocos minutos pero también con brotes más duraderos, de varias horas. Integral ha registrado también una gran emisión en rayos gamma.
El sistema binario está compuesto por diferentes partes, que emiten radiación a diferentes longitudes de onda. Los astrónomos están combinando observaciones de alta energía con observaciones en óptico y en radio, para tener una visión completa de lo que ocurre en este objeto único.
“Hemos estado observando V404 Cygni con el Gran Telescopio de Canarias, que tiene el mayor espejo actualmente disponible para astronomía óptica”, dice Teo Muñoz-Darias, desde el Instituto de Astrofísica de Canarias en Tenerife.
Con este telescopio de 10.4-m en la isla canaria de La Palma los astrónomos pueden obtener rápidamente espectros de muy alta calidad, para observar lo que ocurre en los alrededores del agujero negro, en escalas de tiempo cortas.
“Hay muchos detalles en nuestros espectros que muestran signos de flujos masivos de materia en el entorno del agujero negro. Estamos deseosos de comparar con estos nuevos datos lo que sabemos sobre los agujeros negros y sus hábitos alimentarios”, añade Muñoz-Darias.
También los radio astrónomos de todo el mundo se han unido a esta campaña de observación. La primera detección a longitudes de onda largas se realizó poco antes de la alerta del satélite.
Swift con el Arcminute Microkelvin Imager del Mullard Radio Astronomy Observatory, cerca de Cambridge, en el Reino Unido, gracias al modo robótico de este telescopio.
Al igual que los datos a otras longitudes de onda, estas observaciones en radio también muestran una serie continua de destellos muy brillantes. Los astrónomos los usarán para investigar los mecanismos que generan los potentes chorros de partículas, alejándose a velocidades próximas a la velocidad de la luz, desde el disco de acreción del agujero negro.
Hay solo unos pocos sistemas binarios con un agujero negro sobre los que se hayan recogido datos a muchas longitudes de onda, y el actual estallido ofrece la rara oportunidad de obtener más. En el espacio, Integral tiene trabajo a tiempo completo, mientras observa el desarrollo de los acontecimientos.
“Hemos estado dedicando todo el tiempo de Integral la pasada semana a observar esta fuente, y seguiremos haciéndolo al menos hasta principios de julio”, comentó Peter Kretschmar, jefe de misión de Integral, de la ESA.
“Estas observaciones serán puestas a disposición de la comunidad científica muy pronto, para que astrónomos de todo el mundo puedan investigar este objeto único. También será posible usar los datos de Integral para tratar de detectar polarización de la emisión de rayos X y gamma, lo que podría revelar más detalles sobre la geometría del proceso de acreción del agujero negro. Aquí hay sin duda material para los futuros libros de texto de astrofísica”.
Para más información:
Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
Erik Kuulkers
Integral Project Scientist
Directorate of Science and Robotic Exploration
European Space Agency
Tel: +34 918 131 358
Mob: +34 699 439 987
Email: Erik.Kuulkers@sciops.esa.int
Peter Kretschmar
Integral Mission Manager
Directorate of Science and Robotic Exploration
European Space Agency
Tel: +34 918 131 399
Mob: +34 636 973 323
Email: Peter.Kretschmar@esa.int
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