Nunca antes se había observado la interacción de un sistema binario de agujeros negros masivos con una nube de gas. La captación de este fenómeno astronómico resultaba bastante compleja hasta ahora, debido a que el instrumental disponible no contaba con la capacidad suficientes. Sin embargo, el desarrollo de instalaciones capaces de monitorizar y medir la variación del brillo de las estrellas y otros objetos lo ha hecho posible.
Un equipo de investigación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha participado en un estudio internacional que ha sido el primero en registrar este comportamiento de un sistema binario de agujeros negros, que no sigue los parámetros de comportamiento habituales. Los resultados de este trabajo con el que se ha arrojado luz de uno de estos extraños eventos, llamado AT 2021hdr ha sido publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.
Cuál ha sido la primera señal de la interacción entre un sistema binario de agujeros negros masivo y una nube de gas
La primera señal de la interacción entre un sistema binario de agujeros negros y una nube de gas ha sido el aumento repentino del brillo de AT 2021hdr, que hasta ese momento solía mostrar una luminosidad constante. A mediados de 2021, este objeto comenzó a revelar comportamientos extraños: producía picos que variaban con el tiempo, como si «oscilara».
Estas fluctuaciones fueron detectadas por el proyecto astronómico ZTF (Zwicky Transient Facility) y el Observatorio Swift de la NASA. “Creemos que una nube de gas envolvió a los agujeros negros. A medida que orbitan entre sí, los agujeros negros interactúan con la nube, perturbando y consumiendo su gas, lo que produce un patrón oscilante en la luz del sistema” sostiene Lorena Hernández-García, investigadora del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) y el Núcleo Milenio de Investigación y Tecnología Transversal para Explorar Agujeros Negros Supermasivos (TITANS), que lidera el trabajo.
Cuál ha sido la contribución del Instituto de Astrofísica de Andalucía
La contribución del IAA-CSIC en la espectroscopía óptica –técnica que permite analizar la luz que emiten los objetos celestes– ha sido clave en este estudio. “Gracias a los datos tomados con el instrumento ALFOSC del IAA, se ha podido confirmar que esta fuente se encuentra en una galaxia de tipo Seyfert 1, conocidas por su núcleo muy activo y brillante”, apunta Josefa Masegosa, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que forma parte del estudio.
“Aunque el brillo de esta galaxia varía mucho con el tiempo, las líneas espectrales –»huellas» de diferentes elementos químicos en su luz– se mantienen estables”, añade. Esta estabilidad permite descartar que se trate de una galaxia «changing-look”, que es aquella que cambia drásticamente su apariencia y comportamiento en períodos de tiempo relativamente cortos.
Cuándo se detectó este fenómeno extraño en un agujero negro
El fenómeno AT 2021hdr fue detectado por primera vez en marzo de 2021 por ZTF, un proyecto de búsqueda sistemática de fenómenos astronómicos transitorios. Se identificó como una fuente de posible interés por ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events), un sistema de software que emplea herramientas de inteligencia artificial para informar a la comunidad astronómica de los acontecimientos que se producen en el cielo nocturno, utilizando el flujo masivo de datos recogidos por programas de sondeo como el ZTF.
Hernández-García y su equipo han estado monitorizando la fuente AT 2021hdr a través del observatorio espacial Neil Gehrels Swift de la NASA desde noviembre de 2022. Así, pudieron determinar que el sistema binario produce oscilaciones en luz ultravioleta y rayos X en los mismos intervalos de tiempo en los que ZTF las observa en el rango visible.
“Aunque en un principio se pensó que esta explosión era una supernova, los estallidos de 2022 nos llevaron a explorar otras explicaciones”, señala la coautora del trabajo, Alejandra Muñoz-Arancibia, miembro del equipo ALeRCE y astrofísica del MAS y el Centro de Modelamiento Matemático de la Universidad de Chile. “Cada evento posterior nos ha ayudado a refinar nuestro modelo sobre lo que ocurre en el sistema”.
Después de considerar varias hipótesis, el grupo de investigación determinó que las variaciones de luz registradas por Swift y ZTF responden a la interacción entre el sistema binario y una nube de gas: debido a las intensas fuerzas de marea generadas por los agujeros negros, la nube comenzó a disolverse, lo que dio lugar a un fuerte calentamiento del gas, provocando que una parte de él fuera absorbida mientras que otra era expulsada en cada órbita.
Con la intención de comprender mejor el sistema y optimizar sus modelos, Hernández-García y su equipo planean continuar las observaciones de AT 2021hdr, al tiempo que estudian la galaxia donde se encuentra.
“Continuar estudiando cómo varían estos objetos en las diferentes longitudes de onda es clave para determinar qué modelos físicos son los más apropiados para explicar estas variaciones”, concluye Isabel Márquez, vicedirectora del IAA-CSIC y directora científica del proyecto Severo Ochoa, que también forma parte de este estudio.
