El hoy tranquilo agujero negro central de la Vía Láctea tiene un pasado de enorme actividad

Our galaxy's centre
16 mayo 2008

Un equipo de astrónomos japoneses ha descubierto que el agujero negro del centro de nuestra galaxia liberó una potente deflagración hace tres siglos, gracias a las observaciones realizadas con el observatorio de la ESA XMM-Newton y otros satélites de Rayos X japoneses y de la NASA.

Este descubrimiento ayuda a resolver un antiguo misterio: porqué el agujero negro de la Vía Láctea está tan inactivo. Este agujero negro, conocido como Sagitario A-estrella (A*), es realmente masivo, contiene unas cuatro millones de veces la masa de nuestro Sol. Aún así, la energía radiada desde sus proximidades es miles de millones de veces más débil que la emitida por los agujeros negros centrales de otras galaxias.

“Nos hemos preguntado por qué el agujero negro de la Vía Láctea parece ser un gigante dormido”, comenta Tatsuya Inui, responsable del equipo de la Universidad de Kyoto, Japón. “Sin embargo ahora descubrimos que el agujero negro estuvo mucho más activo en el pasado. Quizás ahora esté sólo descansando tras un gran arrebato”.

Las observaciones, realizadas entre 1994 y 2005, revelaron que hay nubes de gas próximas al agujero negro central que se iluminaban y desvanecían rápidamente en Rayos X en respuesta a pulsos de rayos X que procedían justo del exterior del agujero negro. Cuando el gas cae en espiral hacia el interior del agujero negro se calienta a millones de grados, y emite rayos X. A medida que se acumula más materia en las proximidades del agujero negro, la emisión de Rayos X se hace mayor.

Gas cloud Sagittarius B2
Gas cloud Sagittarius B2

Estos pulsos de rayos X necesitan unos 300 años para atravesar la distancia entre el agujero negro central y una gran nube conocida como Sagitario B2, de forma que la nube muestra su reacción a eventos que podrían haber sido vistos hace 300 años desde la Tierra.

Cuando los rayos X alcanzan la nube colisionan con átomos de hierro, arrancando electrones cercanos al núcleo atómico. Cuando los electrones de capas más externas ocupan estas vacantes, los átomos de hierro emiten rayos X. Una vez que el pulso de rayos X ha atravesado la nube, ésta vuelve a recuperar su brillo habitual.

Sorprendentemente, una región en Sagitario B2 de unos 10 años-luz de extensión varió su luminosidad de forma considerable en sólo cinco años. Estos aumentos de brillo se conocen como “ecos de luz”. Analizando la línea espectral del hierro en rayos X las observaciones de Suzaku permitieron eliminar definitivamente la posibilidad de que estos ecos fuesen producidos por partículas subatómicas.

“Observando cómo esta nube se iluminaba y apagaba en un periodo de 10 años hemos sido capaces de reconstruir la historia de la actividad del agujero negro hasta hace 300 años”, comenta Katsuji Koyama, miembro del equipo de la Universidad de Kyoto. “El agujero negro era un millón de veces más brillante hace tres siglos. Debe de haber sido increíblemente potente”.

XMM (X-ray Multi Mirror mission)
XMM-Newton

Este nuevo estudio se basa en la investigación realizada por varios grupos pioneros en la técnica del “eco de luz”. El año pasado un equipo dirigido por Michael Muno, que trabaja ahora en el Instituto Tecnológico de California (Estados Unidos), empleó las observaciones de ecos de luz en rayos X obtenidas por Chandra para demostrar que Sagitario A* generó una potente emisión de rayos X hace cinco décadas, aproximadamente una docena de años antes de que los astrónomos tuviesen satélites capaces de detectar rayos X del espacio exterior. “La deflagración producida hace tres siglos años fue 10 veces más brillante que la emisión que nosotros observamos”, añade Muno.

El centro de la galaxia está a unos 26 000 años-luz de la Tierra, lo que significa que vemos los sucesos como ocurrieron hace 26.000 años. Los astrónomos aún no disponen de una explicación detallada de por qué Sagittarius A* varía tanto su nivel de actividad. Una posibilidad, comenta Koyama, es que hace algunos siglos una supernova expulsase una nube de gas que cayó dentro del agujero negro; esto supuso un suministro enorme de materia que despertó al agujero negro de su letargo y produjo la potente emisión.

Nota para los redactores:

El nuevo estudio, que aparecerá en las Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón, combina los resultados obtenidos por los satélites japoneses de rayos X Suzaku y ASCA, el observatorio de rayos X de la NASA Chandra y el observatorio de rayos X de la ESA XMM-Newton. El artículo en el que se presentan los resultados se titula “Time Variability of the Neutral Iron Lines from the Sgr B2 Region and its Implication of a Past Outburst of Sgr A*”, por T. Inui, K. Koyama, H. Matsumoto y T. Tsuru.

Lanzado en 2005, Suzaku es el quinto satélite japonés de una serie de observatorios dedicados al estudio de las fuentes cósmicas de rayos X y está gestionado por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA). Esta misión es una colaboración entre universidades e instituciones japonesas y el centro Goddard de la NASA.

XMM-Newton, el observatorio orbital de rayos X de la ESA, es el satélite científico más grande jamás construido en Europa. Los espejos de su telescopio son los de mayor sensibilidad jamás desarrollados, y con sus sofisticados detectores puede ver mucho más que cualquier satélite de rayos X anterior.

Las operaciones científicas de XMM-Newton se gestionan en el Centro Europeo de Astronomía Espacial de la ESA (ESAC). El satélite fue diseñado y construido para garantizar la obtención de datos científicos durante al menos una década. Ha detectado más fuentes de rayos X que cualquier otro satélite anterior y está ayudando a solucionar muchos de los misterios del universo más violento, desde lo que ocurre dentro y en el entorno de los agujeros negros hasta la formación de las galaxias en los comienzos del universo. El satélite utiliza unos 170 espejos cilíndricos, finos como el papel, para conforman sus tres telescopios.

Su órbita recorre casi un tercio de la distancia a la Luna, de forma que los astrónomos pueden disfrutar de largas e ininterrumpidas sesiones de observación de los objetos celestes. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA (NASA’s Marshall Space Flight Center) en Alabama, Estados Unidos, gestiona el programa Chandra para el departamento de Misiones de Ciencia de la agencia americana. El Observatorio Astrofísico Smithsonian (Smithsonian Astrophysical Observatory), controla las observaciones científicas y operaciones en vuelo desde el Chandra X-ray Center en Massachusetts, EEUU.

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