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Un raro y enigmático estallido de una galaxia a 236 millones de años luz de distancia pudo haber sido provocado por una inversión magnética: un cambio de dirección espontáneo del campo magnético que rodea su agujero negro central.
En una investigación nueva y exhaustiva, un equipo científico internacional vincula las características inusuales de la erupción con los cambios en el entorno del agujero negro, que probablemente habrían sido desencadenados por esta reversión magnética.
“Se han visto cambios rápidos en la luz visible y ultravioleta en unas pocas decenas de galaxias similares a esta”, dijo Sibasish Laha, científico investigador de la Universidad de Maryland en el condado de Baltimore y del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Pero este evento marca la primera vez que hemos visto que los rayos X desaparecen por completo mientras que las otras longitudes de onda se iluminan”.
Un artículo científico que describe estos hallazgos, dirigido por Laha, ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal.
El equipo de investigación analizó observaciones nuevas y de archivo en todo el espectro de luz. El observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA y el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea proporcionaron las mediciones de rayos ultravioleta (UV) y rayos X. Las observaciones de luz visible provinieron del Telescopio Nacional Galileo de Italia, con un espejo de 3,6 metros de diámetro, y el Gran Telescopio Canarias, de 10,4 metros, ambos ubicados en la isla de La Palma en las islas Canarias, España. Las mediciones de radio fueron adquiridas con el Very Long Baseline Array, una red de 10 radiotelescopios ubicados en Estados Unidos, el Very Large Array en Nuevo México y la Red Europea de VLBI.
A principios de marzo de 2018, el Sondeo automatizado de todo el cielo en busca de supernovas (All-Sky Automated Survey for Supernovae) alertó a los astrónomos de que una galaxia llamada 1ES 1927+654 se había iluminado casi 100 veces más en el espectro de luz visible. Una búsqueda de detecciones anteriores por parte del Sistema de Última Alerta de Impacto Terrestre de Asteroides, financiado por la NASA, mostró que la erupción había comenzado meses antes, a finales de 2017.
Cuando Swift examinó por primera vez la galaxia, en mayo de 2018, su emisión de rayos UV había aumentado 12 veces, pero estaba disminuyendo de manera constante, lo que indicaba un pico anterior no observado. Luego, en junio, la emisión de rayos X de mayor energía de la galaxia desapareció.
“Fue muy emocionante profundizar en el extraño episodio explosivo de esta galaxia y tratar de entender los posibles procesos físicos que estaban en acción”, dijo José Acosta-Pulido, coautor e investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en Tenerife.
La mayoría de las galaxias grandes, incluida nuestra propia Vía Láctea, albergan un agujero negro supermasivo que pesa de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Cuando la materia cae hacia uno de estos agujeros, primero se acumula en una vasta estructura aplanada llamada disco de acreción. A medida que la materia se arremolina lentamente hacia adentro, se calienta y emite luz ultravioleta visible y rayos X de menor energía. Cerca del agujero negro, una nube de partículas extremadamente calientes —llamada la corona— produce rayos X de mayor energía. El brillo de estas emisiones depende de la cantidad de materia que fluye hacia el agujero negro.
“Una interpretación inicial de la erupción sugirió que había sido provocada por una estrella que pasó tan cerca del agujero negro que fue destrozada, interrumpiendo el flujo de gas”, dijo Josefa Becerra González, coautora y también investigadora del IAC. “Hemos mostrado que un evento como ese se desvanecería más rápidamente que este estallido”.
La singular desaparición de la emisión de rayos X proporciona a los astrónomos una pista importante. Ellos sospechan que el campo magnético del agujero negro crea y sostiene la corona, por lo que cualquier cambio magnético podría afectar las propiedades de sus rayos X.
“Una inversión magnética, donde el polo norte se convierte en sur y viceversa, parece coincidir mejor con las observaciones”, dijo Mitchell Begelman, coautor y profesor del departamento de ciencias astrofísicas y planetarias de la Universidad de Colorado en Boulder. Él y sus colegas de Boulder, Nicolas Scepi, investigador postdoctoral y coautor, y el profesor Jason Dexter, desarrollaron el modelo magnético. “El campo se debilita inicialmente en las afueras del disco de acreción, lo que lleva a un mayor calentamiento y un aumento en la iluminación en la luz visible y ultravioleta”, explicó.
A medida que avanza la inversión magnética, el campo se vuelve tan débil que ya no puede soportar la corona, y la emisión de rayos X desaparece. Luego, el campo magnético se fortalece gradualmente en su nueva orientación. En octubre de 2018, aproximadamente cuatro meses después de su desaparición, los rayos X reaparecieron, lo que indica que la corona se había restablecido completamente. Para el verano boreal de 2021, la galaxia había regresado completamente a su estado anterior a la erupción en ultravioleta y rayos X.
Es probable que las reversiones magnéticas sean eventos comunes en el cosmos. El registro geológico muestra que el campo de la Tierra cambia de dirección de manera impredecible, promediando unas pocas reversiones cada millón de años en el pasado reciente. El Sol, por el contrario, experimenta inversiones magnéticas como parte de su ciclo de actividad normal, cambiando los polos norte y sur aproximadamente cada 11 años.
El centro Goddard maneja la misión del observatorio Swift en colaboración con la Universidad Penn State, el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, y los Sistemas Espaciales Northrop Grumman en Dulles, Virginia. Otros socios son la Universidad de Leicester y el Laboratorio Mullard de Ciencias del Espacio en el Reino Unido, el Observatorio Brera en Italia y la Agencia Espacial Italiana.
Imagen principal: Esta ilustración muestra el disco de acreción, la corona (remolinos pálidos y en forma de cono por encima del disco) y el agujero negro supermasivo de la galaxia activa 1ES 1927+654, antes de su reciente estallido. Crédito: NASA/Universidad Estatal de Sonoma, Aurore Simonnet