¿Qué está ocurriendo en el centro de las galaxias?

Una fracción relativamente importante de galaxias (entre el 10% y el 20%) muestran una región central muy brillante y compacta. Se dice de ellas que poseen un núcleo activo (AGN, del inglés Active Galactic Nuclei). A este grupo pertenecen las galaxias Seyfert, con un brillo del núcleo moderado. El motor nuclear es un agujero negro “supermasivo” (del orden de 1 a 1000 millones de masas solares) que posee a su alrededor un disco de acrecimiento donde la materia gira. Debido a la fricción, se va calentando y emitiendo radiación ultravioleta y de rayos-X. Actualmente se piensa que cada galaxia alberga en su centro un agujero negro “supermasivo” famélico, que se vuelve activo cuando se acumula material suficiente para alimentarlo.  Así pues, la actividad nuclear representa una etapa en la vida de cada galaxia cuya duración se estima en varios millones de años.

Analizando la emisión en luz visible de un AGN se encuentran unos picos de emisión (líneas espectrales) característicos de gases ionizados. La anchura del perfil indica el estado de movimiento del gas emisor, clasificándose las líneas en estrechas si corresponden a velocidades de unos 500 km/s y en anchas desde 1000 a 10 000 km/s. De acuerdo con esta característica, los AGN se clasifican en dos tipos: los que presentan líneas anchas y estrechas son de tipo 1, mientras que los que solo presentan líneas estrechas son de tipo 2.

Se ha propuesto un modelo de unificación que atribuye la diferencia entre los tipos a un mero efecto de orientación. Sin embargo, a pesar de su éxito, ha sido puesto en cuestión por ciertas observaciones.  En particular, han aparecido cambios de tipo muy “rápidos” que no se explican dentro del modelo unificado. Uno de los casos más enigmáticos es el núcleo de la galaxia 1ES 1927+654 (la llamaremos 1ES1927). Se encuentra en la constelación del Dragón, a unos 270 millones de años luz. Fue descubierta a principios de los ochenta como emisora de rayos-X gracias al satélite Einstein. Posteriormente fue clasificada como Seyfert de tipo 2.  Se calcula que la masa de su agujero negro es algo más de un millón de veces la solar, lo que implica un tamaño (horizonte de sucesos) aproximado a la decima parte de la órbita de Mercurio.

principios de 2018, el cartografiado ASAS-SN detectó en 1ES1927 un extraordinario aumento de brillo en luz verde. Se promovieron entonces campañas de observación en los rangos visible, ultravioleta, rayos-X y radio. Y se encontraron comportamientos sorprendentes: mientras la emisión visible y ultravioleta comenzaba a disminuir, se observó cómo el espectro nuclear en luz visible fue cambiando rápidamente. En pocos meses, empezó a mostrar líneas anchas (cambio de tipo 2 a 1) que desaparecieron en 2021. En estas observaciones se utilizó el Gran Telescopio Canarias (GTC) y fueron analizas por la Dra. Pepa Becerra (IAC) y el que escribe. Sin embargo, en altas frecuencias, la emisión en rayos-X duros fue aumentando hasta alcanzar un máximo, para volver a caer en 2021 a los niveles anteriores al estallido.

Este comportamiento aparentemente caótico fue interpretado como una perturbación que se inició en una región intermedia del disco de acrecimiento, provocando el estallido observado en luz visible y ultravioleta, y que paulatinamente se fue propagando hacia el interior del disco. Tal perturbación está asociada con un cambio en la estructura y orientación del campo magnético, como si nuestro polo Norte magnético desapareciera por un tiempo para reaparecer de nuevo en el Sur. 

Otras sorpresas estaban por venir en los años siguientes. En mayo de 2022 se observó un aumento progresivo en la emisión de rayos-X blandos que duró hasta 2024. Durante este tiempo se detectó una variación cuasiperiódica de la emisión, con una oscilación que varió desde dieciocho minutos en 2022 a siete minutos después de dos años. Este fenómeno nunca se había visto en AGN y se han propuesto varios escenarios. El más plausible invoca la presencia de una enana blanca que pierde parte de su masa mientras va orbitando.

Gracias al intenso seguimiento realizado en distintas bandas del espectro electromagnético, se detectó en febrero de 2023 un rápido aumento de la emisión en radio que se mantuvo hasta 2024. Y después de un año se observó la emergencia de una estructura bipolar, muy próxima al borde del agujero negro, siendo la primera vez que se observaba este proceso desde su inicio. Estas observaciones se obtuvieron con la red de radiotelescopios llamada VLBA, que permiten distinguir una persona a la distancia de La Luna.  

En los próximos años y gracias a los cartografiados temporales de todo el cielo (LSST) se encontrarán nuevos AGN mostrando comportamientos inesperados que desafiarán los modelos. Sin duda, los fenómenos transitorios serán uno de los campos de investigación más excitantes en Astrofísica en las próximas décadas. 

BIOGRAFÍA

José A. Acosta Pulido, natural de Tazacorte (La Palma), es un astrofísico que trabaja actualmente en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Licenciado en Física por la Universidad de La Laguna y Doctor en Astrofísica por la Scuola Internazionale di Studi Avanzati (SISSA Trieste-Italia), su principal línea de investigación gira en torno a los núcleos activos de galaxias, principalmente estudios de variabilidad temporal. Participa como colaborador del consorcio WEBT (Whole Earth Blazar Telescope). Ha realizado estancias en ESAC-Villafranca del Castillo, Osservatorio Astrofisico di Torino, MPIA-Heidelberg, Konkoly Observatory-Budapest. También ha trabajado en proyectos de instrumentación astronómica en satélites y telescopios terrestres.

***Sección coordinada por Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez