El extraño caso de la luz en un agujero negro de Andrómeda

Uno de los numerosos agujeros negros presentes en la vecina galaxia de Andrómeda ha puesto patas arriba los modelos de emisión de rayos X al descubrirse que la luminosidad que emite puede llegar a superar aquella que le correspondería en función de su masa. Una investigación, en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha establecido la masa de este objeto en unas diez veces la del Sol. No obstante, algunos sus registros de luminosidad exceden los límites establecidos por la física. El hallazgo ha sido publicado hoy en la revista Nature.

Una serie de fórmulas matemáticas establecen cuál debe ser la luminosidad máxima de un objeto cósmico en función de su masa (conocida como la luminosidad de Eddington). Por encima de este límite, por ejemplo, una estrella normal se descompondría. Para un agujero negro de masa una decena de veces superior a la del Sol, esta cifra es de 1x1032 vatios, un millón de veces mayor que la luminosidad del Sol. Algunas fuentes cósmicas de rayos X alejadas de los centros de las galaxias brillan con luminosidades que superan esta cifra, y por ello se denominan fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX, de sus siglas en inglés). Tienen masas mayores que las de los agujeros negros normales (hasta 10 veces la masa del Sol) pero menores que las de los agujeros negros supermasivos localizados en los centros de las galaxias.

La investigadora del Instituto de Ciencias del Espacio (centro del CSIC asociado al Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña) Margarita Hernanz, que ha colaborado en la investigación, explica: "Dentro de las ULX, el nivel de luminosidad de este agujero negro es de los menos intensos, de hecho, sólo supera el límite de 1x1032 vatios en algunas ocasiones".

Este fenómeno se debe a la propia configuración del agujero negro, que pertenece a un sistema binario en el que él y su estrella acompañante orbitan mutuamente entre sí a gran velocidad. Durante este baile cósmico, parte de la materia de la estrella es atraída y absorbida por el agujero. Antes de ser engullida, esta materia crea un disco de acrecimiento alrededor del agujero negro y emite intensamente en rayos X. Es en este momento cuando puede medirse la luminosidad del objeto y su masa, ya que, como comenta la investigadora del CSIC, "un agujero negro que no interactúa con ningún otro objeto no puede ser observado porque no emite luz".

La luminosidad de este fenómeno depende de la masa del agujero negro, ya que cuanto más masivo sea, más potente será su campo gravitatorio y más materia será capaz de absorber, lo que le conferirá una mayor luminosidad. No obstante, resulta lógico pensar que estos parámetros no son estables, si no que varían con el tiempo y, a menor escala del agujero más rápida será la variación de los parámetros. Según Hernanz, "el objeto que comenzó siendo un ULX ha demostrado ser un microcuásar, un sistema binario que alberga un agujero negro de masa pequeña. Las observaciones en radio de los chorros relativistas de materia expulsada por los polos del agujero negro en rotación han ayudado a determinar su masa".

Los resultados obtenidos por esta investigación abren una nueva ventana de comprensión de los agujeros negros y su evolución en el Universo. Para la investigadora del CSIC, "comprender el comportamiento de los agujeros negros supone un gran reto, no obstante, las microescalas en las que se presentan los microcuásares hacen que su evolución sea mucho más rápida y les convierten en escenarios perfectos para entender la evolución de los cuásares (los mega agujeros negros ubicados en el centro de las galaxias) para comprender cómo se ha distribuido la masa y la energía en el Universo primitivo y cómo se han formado las galaxias que vemos hoy en día".