El agujero negro más brillante en los últimos 26 años

Los agujeros negros rodeados de un disco de acreción de materia emiten luz de forma muy intensa a ráfagas separadas por periodos de reposo. El agujero negro V404 Cygni (en la Costelación del Cisne) ha emitido un violento estallido de rayos X el pasado 15 de junio de 2015. Según los astrónomos este tipo de eventos “solo se ven una vez en la vida” y, de hecho, V404 Cygni ha estado inactivo durante 25 años. El fenómeno está ocasionando un enorme revuelo entre astrónomos profesionales y aficionados. Ahora mismo es la fuente de rayos X más intensa de nuestro cielo. Se está obteniendo mucha información que dará lugar a investigaciones durante muchos años.

La noticia (aún no hay artículos científicos) es “Monster black hole wakes up after 26 years,” Integral, News, ESA, 25 Jun 2015; entre otros medios. Recomiendo “Black Hole Encyclopedia” StarDate, y también Jorge Casares Velázquez,” Astronomía Made in Spain, SEA, 2009, pp. 27-29. Más información en Nuño Domínguez, “El agujero negro más brillante resucita después de 26 años,” Materia, El País, 25 Jun 2015; Teresa Guerrero, “Un monstruoso agujero negro despierta tras 26 años inactivo,” Ciencia, El Mundo, 26 Jun 2015; “Canarias, testigo de cómo un agujero negro engulle y expulsa masa de una estrella,” EFE, La Opinión de Tenerife, 25 Jun 2015.

Un agujero negro es un cuerpo compacto cuya gravedad es tan intensa que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de su interior. Si no emiten luz, ¿cómo podemos observar los agujeros negros? Hay tres tipos de agujeros negros que se clasifican en función de su masa: los supermasivos, los de masa intermedia y los de masa estelar. Los supermasivos tienen masas entre millones y miles de millones de veces la masa del Sol y se encuentran en el centro de las galaxias. En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, en la constelación de Sagitario, a 27 mil años luz de distancia, se encuentra Sgr A* con una masa de 4,1 millones de soles. Estos agujeros negros se observan gracias al movimiento de las estrellas que están a su alrededor. Los de masa intermedia tienen miles de veces la masa del Sol y hemos observado sólo unos poquitos. Finalmente, los de masa estelar tienen una masa entre 3 y 100 veces la masa del Sol. Conocemos unos 50, pero creemos que hay millones en nuestra galaxia, siendo el más famoso Cygnus X-1 en la constelación del Cisne con unas 15 masas solares. El más cercano a nosotros XTE J1118+480 está a 6000 años luz en la constelación de la Osa Mayor y tiene 7 masas solares. El segundo más cercano es V404 Cygni está a 7800 años luz en la constelación del Cisne y tiene entre 10 y 15 masas solares. Observamos estos agujeros negros cuando forman parte de un sistemas binario junto a una estrella cercana a la que le roban materia. Parte de la materia que traga el agujero negro produce un estallidos de rayos X de gran intensidad. Esta semana ha sido noticia V404 Cygni. Ha estado inactivo durante 25 años hasta el pasado 15 de junio por la tarde. El resultado ha sido uno de los fenómenos más espectaculares que se pueden observar en el cielo y está ocasionando un enorme revuelo entre astrónomos profesionales y aficionados. La señal de alerta la dio el telescopio espacial Swift de la NASA, poco después la confirmaron MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image) de la NASA, en la Estación Espacial Internacional (ISS), y el telescopio espacial Integral, de la ESA (Agencia Espacial Europea). Ahora mismo casi todos los observatorios astronómicos del hemisferio norte, el único desde el que se puede observar, están apuntando hacia este agujero negro.

Se ha observado este agujero negro usando rayos X, ¿podemos observarlo a simple vista? La emisión de radiación del agujero negro V404 Cygni cubre todo el espectro, incluyendo el visible. Sin embargo, no podemos verlo a simple vista por la contaminación de polvo interestelar que hay entre la Tierra y la constelación del Cisne. Por fortuna, basta un pequeño telescopio de aficionado para disfrutar de este potente destello en la constelación del Cisne. Basta localizar el famoso triángulo del verano, formado por las estrellas Vega, Deneb y Altair. La constelación del Cisne tiene una forma de cruz con Deneb en una punta y V404 Cygni se encuentra cerca de Cygnus X1 más o menos a la mitad del brazo largo de la cruz. Con un mapa estelar cualquier aficionado la podrá localizar fácilmente ya que su luminosidad es unas 50 veces superior a la de la nebulosa del Cangrejo que está en la constelación de Tauro, uno de los objetos más brillantes del cielo nocturno a altas energías. V404 Cygni será muy luminoso durante varios meses hasta que retorne a un periodo de inactividad durante otro cuarto de siglo. Se trata de un fenómeno que ocurre una vez en la vida así que es el momento ideal para que los aficionados la busquen en el cielo y lo observen.

El agujero negro está tragando materia de una estrella compañera, ¿cómo emite radiación esa materia que cae en el agujero negro? En un sistema binario formado por una estrella cercana a un agujero negro, las capas externas de la estrella se sienten más atraídas por la gravedad del agujero negro que por la de la propia estrella. Por ello se produce una transferencia de material estelar hacia el agujero negro que cae en forma de espiral y se acumula en torno al agujero negro formando un disco de acreción. Por la conservación del momento angular, la materia se acelera e incrementa su velocidad hasta cerca de la velocidad de la luz en el vacío antes de penetrar en el interior del horizonte de sucesos del agujero negro. El fenómeno es parecido a lo que le ocurre a un patinadora que gira en la pista de hielo con los brazos extendidos y los contrae hacia su cuerpo para incrementar su velocidad de giro. La fricción hace que la materia del disco de acreción se caliente cada vez más conforme se acerca al agujero negro, pudiendo alcanzar temperaturas de millones de grados. La superficie del Sol emite sobre todo luz visible porque su temperatura es de miles de grados. La materia a millones de grados emite sobre todo rayos X. La fricción de la materia que cae en espiral frena a la materia y hace que el disco de acreción emita ráfagas de radiación de forma regular cada cierto tiempo. En estos sistemas binarios de rayos X observamos una estrella que gira alrededor de un objeto invisible, porque el agujero negro es muy pequeño, observamos sus erupciones intensas de rayos X cada pocos años, mientras que la inmensa mayoría permanecen “hibernados” durante muchas décadas o incluso siglos. V404 Cygni es un sistema binario formado por un agujero negro con unas 12 veces la masa del Sol y una estrella parecida al Sol con 0,7 masas solares que orbita a su alrededor. Su última gran erupción de rayos X fue en 1989, que permitió confirmar que se trataba de una agujero negro y hay placas fotográficas tomadas en 1938 y en 1956 que muestran un destello potente justo en el punto del cielo donde está el V404. Desde su descubrimiento por un astrónomo español en 1989 ha estado inactivo hasta que el pasado 15 de junio de 2015 volvió a ocurrir una nueva erupción de rayos X.

Fue un astrónomo español el que descubrió que se trataba de un agujero negro, ¿cómo logró realizar este importante descubrimiento? El descubrimiento de que el sistema binario V404 tenía un agujero negro fue realizado por el astrónomo español Jorge Casares Velázquez, del Instituto de Astrofísica de Canarias, en Tenerife. Lo publicó en el año 1992 en la revista Nature, una de las primeras veces que un astrónomo español publicaba en esta revista. Antes de 1992 se conocían tres fuentes binarias de rayos X con una masa mayor de tres veces la masa del Sol: Cygnus X-1, LMC X-3 y A0620-00. Eran candidatos a agujeros negros porque su masa es superior al límite máximo de una estrella de neutrones. La detección de V404 en 1992 con una masa entre 10 y 15 masas solares fue considerado por muchos expertos como el “Santo Grial” de la búsqueda de agujeros negros. Jorge Casares usó el telescopio de 4,2 metros William Herschel, situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), que detectó la estrella compañera de 0,7 masas solares de tipo espectral K0 y estudió su movimiento. La estrella se desplaza a más de 208 km/s y completa una órbita al objeto compacto en 6,5 días, luego éste debía tener unas 12 masas solares. En aquella época todas los objetos compactos con más de 3 masas solares eran candidatos a agujero negro, hoy en día todas estas fuentes de rayos X se consideran agujeros negros. Como anécdota puedo contar que Jorge Casares había finalizado su contrato cuando realizó el descubrimiento y se encontraba en paro. En 1992 dio lugar a jugosos titulares de prensa del tipo “Investigador español en paro descubre el primer agujero negro”. Muchos expertos consideran que el primer candidato a agujero negro de masa estelar que fue confirmado es resultado de una investigación realizada por españoles usando telescopios situadas en España.

España es una potencia en investigación en Astronomía y tenemos el mayor telescopio óptico del mundo, el Gran Telescopio de Canarias (GTC), ¿está observando este agujero negro en la constelación del Cisne? El GRANTECAN, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla canaria de La Palma, empezó a observar el brote cinco horas después de recibir la alerta. Gracias a su espejo de 10,4 metros puede captar el fenómeno en luz visible con gran detalle. Los cambios en la luminosidad del agujero negro muestran que emite a borbotones, con altibajos que duran entre minutos y horas. Observar este fenómeno en directo con la resolución sin precedentes que ofrece el GTC permite estudiar en detalle la acreción de materia por agujeros negros. Los chorros de materia que se emiten en la dirección del eje de rotación del disco permiten explorar de forma indirecta la física del disco de acreción y estimar las propiedades del horizonte de sucesos del agujero negro. La nueva erupción de V404 se están siguiendo desde diferentes partes del hemisferio norte de forma continua durante las 24 horas, con lo que se está siguiendo su evolución con gran detalle. Para analizar y entender la gran cantidad de datos que se va a recabar los astrónomos necesitarán varios años. El estudio de la física de los agujeros negros de masa estelar dará un salto de gigante gracias a las observaciones que se están realizando ahora mismo y la astronomía española jugará un papel muy relevante.

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Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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