Miden por primera vez la luz de rayos X que orbita un agujero negro: por qué es clave este avance

Un equipo internacional de científicos obtuvo por primera vez una medición precisa de la luz de rayos X que gira alrededor del agujero negro Cygnus X-1, ubicado a unos 7.000 años luz de la Tierra. El avance, publicado en The Astrophysical Journal, aporta nuevas claves sobre el comportamiento de la materia en las cercanías de estos objetos extremos.

Para lograrlo, los investigadores emplearon un telescopio montado en un globo estratosférico, XL-Calibur, considerado un salto tecnológico en la astronomía de altas energías. El instrumento fue lanzado en julio de 2024 desde Esrange, en Kiruna (Suecia), y recuperado cerca de Kugluktuk, Nunavut (Canadá), después de casi seis días de vuelo. Durante su misión, observó a Cygnus X-1 en su llamado “estado duro”, una etapa dominada por procesos de alta energía en la corona de plasma que rodea al agujero negro.

XL-Calibur es capaz de medir, entre otros parámetros, la polarización de la luz, que revela la dirección de vibración de los campos electromagnéticos. “Combinando estos datos con los de satélites de la NASA como IXPE, es posible que pronto tengamos suficiente información para resolver preguntas de larga data sobre la física de los agujeros negros en los próximos años”, sostuvo Henric Krawczynski, investigador principal del proyecto en la Universidad de Washington en St. Louis. Según el experto, estas mediciones también son cruciales para poner a prueba simulaciones computacionales cada vez más complejas sobre lo que ocurre cerca del agujero negro.

Ephraim Gau, integrante del mismo equipo, destacó la importancia de estudiar fenómenos invisibles para los telescopios convencionales. “La polarización es útil para aprender sobre todo lo que sucede alrededor del agujero negro cuando no podemos tomar imágenes normales desde la Tierra”, afirmó.

En el proyecto participaron instituciones de Estados Unidos, Japón y Suecia, entre ellas la Universidad de Washington en St. Louis, la Universidad de New Hampshire, la Universidad de Osaka, la Universidad de Hiroshima, ISAS/JAXA, el KTH Royal Institute of Technology y el NASA Goddard Space Flight Center.

Agujeros negros en el universo temprano

En paralelo, otro estudio reciente sugiere que el universo primitivo pudo haber albergado una diversidad sorprendente de objetos cósmicos, incluidos agujeros negros y estrellas con comportamientos inusuales. Publicado en Physical Review D, el trabajo se basa en modelos cosmológicos que respaldan la existencia de una etapa conocida como Era Dominada por la Materia Temprana (EDMT), previa a la formación de los elementos atómicos.

Durante esa fase, las partículas habrían comenzado a agruparse en halos de materia cuyo colapso gravitatorio dio origen a los primeros agujeros negros y a otras estructuras exóticas. Los avances recientes en la reconstrucción de la historia del universo permitieron detallar episodios como la inflación -la expansión acelerada tras el Big Bang- y la nucleosíntesis primordial, responsable de formar los primeros núcleos pesados entre diez segundos y veinte minutos después del origen del cosmos.

Sin embargo, el intervalo entre ambos procesos continúa poco explorado. Los autores del estudio indican que, bajo condiciones dominadas temporalmente por la materia, pudieron formarse halos cuyo colapso gravotérmico produjo objetos compactos como agujeros negros primordiales.

Entre las estructuras hipotéticas analizadas se encuentran las llamadas “estrellas caníbales”, que obtendrían su energía de la autoaniquilación de partículas en lugar de la fusión nuclear. También se mencionan las estrellas de bosones, cuya existencia dependía de efectos cuánticos y que habrían perdurado apenas segundos antes de colapsar en agujeros negros. A su vez, el colapso directo de halos densos aparece como otro posible mecanismo de formación para estos primeros agujeros negros.