Al observar los rayos X arrojados al universo por el agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia a 800 millones de años luz de distancia, el astrofísico de la Universidad de Stanford, Dan Wilkins, notó un patrón intrigante. Observó una serie de llamaradas brillantes de rayos X, emocionantes, pero no sin precedentes, y luego, los telescopios registraron algo inesperado: destellos adicionales de rayos X que eran más pequeños, posteriores y de diferentes «colores» que las llamaradas brillantes.
Según la teoría, estos ecos luminosos eran consistentes con los rayos X reflejados detrás del agujero negro, pero incluso una comprensión básica de los agujeros negros nos dice que es un lugar extraño de donde proviene la luz.
«La luz que entra en ese agujero negro no sale, por lo que no deberíamos poder ver nada que esté detrás del agujero negro», dijo Wilkins, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas en Stanford y SLAC National Accelerator Laboratory. Sin embargo, es otra característica extraña del agujero negro la que hace posible esta observación. «La razón por la que podemos ver eso es porque ese agujero negro está deformando el espacio, doblando la luz y retorciendo los campos magnéticos alrededor de sí mismo», explicó Wilkins.
El extraño descubrimiento, detallado en un artículo publicado el 28 de julio en Nature, es la primera observación directa de luz detrás de un agujero negro, un escenario que fue predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein pero nunca confirmado, hasta ahora.
«Hace cincuenta años, cuando los astrofísicos comenzaron a especular sobre cómo podría comportarse el campo magnético cerca de un agujero negro, no tenían idea de que algún día podríamos tener las técnicas para observar esto directamente y ver la teoría general de la relatividad de Einstein en acción», dijo. Roger Blandford, coautor del artículo, profesor Luke Blossom en la Facultad de Humanidades y Ciencias y profesor de Stanford y SLAC de física y física de partículas.
Cómo ver un agujero negro
La motivación original detrás de esta investigación fue aprender más sobre una característica misteriosa de ciertos agujeros negros, llamada corona. El material que cae en un agujero negro supermasivo alimenta las fuentes continuas de luz más brillantes del universo y, al hacerlo, forma una corona alrededor del agujero negro. Esta luz, que es luz de rayos X, se puede analizar para mapear y caracterizar un agujero negro.
La teoría principal de lo que es una corona comienza con el gas que se desliza hacia el agujero negro donde se sobrecalienta a millones de grados. A esa temperatura, los electrones se separan de los átomos, creando un plasma magnetizado. Atrapado en el poderoso giro del agujero negro, el campo magnético se arquea tan alto por encima del agujero negro, y gira tanto sobre sí mismo, que eventualmente se rompe por completo, una situación que recuerda tanto a lo que sucede alrededor de nuestro propio Sol que tomó prestado el nombre «corona».
«Este campo magnético que se atasca y luego se acerca al agujero negro calienta todo lo que lo rodea y produce estos electrones de alta energía que luego producen los rayos X», dijo Wilkins.
Cuando Wilkins miró más de cerca para investigar el origen de las bengalas, vio una serie de destellos más pequeños. Estos, determinaron los investigadores, son los mismos destellos de rayos X pero reflejados desde la parte posterior del disco, un primer vistazo al lado más alejado de un agujero negro.
«He estado construyendo predicciones teóricas de cómo nos parecen estos ecos durante algunos años», dijo Wilkins. «Ya los había visto en la teoría que he estado desarrollando, así que una vez que los vi en las observaciones del telescopio, pude averiguar la conexión».
Observaciones futuras
La misión de caracterizar y comprender las coronas continúa y requerirá más observación. Parte de ese futuro será el observatorio de rayos X de la Agencia Espacial Europea, Athena (Telescopio avanzado para astrofísica de alta energía). Como miembro del laboratorio de Steve Allen, profesor de física en Stanford y de física de partículas y astrofísica en SLAC, Wilkins está ayudando a desarrollar parte del detector Wide Field Imager para Athena.
«Tiene un espejo mucho más grande que el que hemos tenido en un telescopio de rayos X y nos permitirá obtener imágenes de mayor resolución en tiempos de observación mucho más cortos», dijo Wilkins. «Entonces, la imagen que estamos comenzando a obtener de los datos en este momento se volverá mucho más clara con estos nuevos observatorios».
Los coautores de esta investigación son de la Universidad de Saint Mary (Canadá), el Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos (SRON), la Universidad de Amsterdam y la Universidad Estatal de Pensilvania.
