¿Por qué este agujero negro expulsa gas mientras devora una estrella?

Un agujero negro de masa estelar ha permitido observar con un detalle poco habitual algo que rompe la imagen más popular de estos objetos: no toda la materia que se aproxima termina engullida. Swift J1727.8−1613 recibe gas de una estrella compañera, pero parte de ese material acaba saliendo disparado al espacio mediante chorros y un potente viento generado en torno al disco de acreción.

Conviene precisar qué significa esto, porque el titular cósmico puede prestarse al equívoco. El agujero negro no expulsa materia que ya haya atravesado el horizonte de sucesos. De allí, según la física conocida, no regresa nada. La expulsión se produce antes, en el turbulento entorno donde el gas gira, se calienta y pierde energía mientras intenta aproximarse al objeto compacto.

La observación de Swift J1727.8−1613 muestra precisamente ese tráfico en las inmediaciones del abismo: materia entrando, energía liberándose y una porción del gas tomando el camino contrario. La vieja postal del agujero negro como un desagüe perfecto del universo funciona estupendamente en la imaginación popular; la realidad, como suele ocurrir, resulta bastante más desordenada.

Swift J1727.8−1613 no se traga todo el gas que recibe

Swift J1727.8−1613 es un sistema binario de rayos X de baja masa. En él hay un agujero negro de aproximadamente diez veces la masa del Sol y una estrella compañera que le transfiere materia. El gas arrancado a esa estrella no cae directamente, como una piedra por un pozo, sino que forma un disco alrededor del agujero negro.

Ese disco de acreción gira a velocidades enormes. El material se comprime, se calienta y libera grandes cantidades de energía antes de alcanzar las regiones más internas. Es justamente en este escenario donde aparecen los mecanismos capaces de expulsar materia: chorros estrechos y muy energéticos, por un lado, y vientos del disco mucho más extendidos, por otro.

El nuevo estudio siguió la evolución del sistema durante la espectacular erupción que comenzó en 2023. Los astrónomos pudieron observar diferentes estados de actividad, desde las fases luminosas hasta momentos mucho más débiles, utilizando espectroscopia óptica con el instrumento X-Shooter del Very Large Telescope (VLT), instalado en Chile.

No se trata de mirar directamente un agujero negro —por definición, eso es imposible—, sino de leer la luz emitida por el material que lo rodea. El espectro funciona aquí como una especie de huella dactilar: permite reconstruir velocidades, temperaturas y movimientos del gas aunque el protagonista central permanezca negro, literalmente.

Un viento del disco viajando a unos 750 kilómetros por segundo

Uno de los resultados más llamativos apareció en las fases tardías de la erupción. Los investigadores detectaron señales compatibles con un viento de acreción denso y relativamente frío, con temperaturas inferiores aproximadamente a los 10.000 grados.

Las líneas espectrales del hidrógeno revelaron material desplazándose hacia fuera a alrededor de 750 kilómetros por segundo. Dicho de otra manera: unos 2,7 millones de kilómetros por hora. No es el tipo de brisa que permite dejar abierta una ventana.

Las simulaciones de transferencia de radiación encajan con un escenario en el que existe un flujo de gas que rota y se acelera hacia el exterior. La peculiar forma observada en algunas líneas de helio y las absorciones desplazadas hacia el azul pueden explicarse mediante ese mismo viento.

La cantidad de materia expulsada no parece despreciable

Los cálculos ofrecen una dimensión más interesante todavía. El equipo estima para ese viento una tasa de pérdida de masa de al menos una milmillonésima de la masa del Sol por año. La cifra parece insignificante hasta que se compara con lo que sucede dentro del propio sistema.

La tasa calculada para el viento puede ser del mismo orden que la tasa instantánea de acreción, es decir, la cantidad de materia que está avanzando hacia el agujero negro en ese momento. Los investigadores advierten de que se trata de una estimación y de un límite inferior, pero el resultado basta para desmontar una idea demasiado sencilla: que casi todo lo que llega al disco acaba necesariamente dentro.

La sorpresa apareció cuando el agujero negro estaba más tranquilo

Lo especialmente interesante es cuándo se detectó ese potente flujo. Las señales del viento aparecieron durante una etapa tardía de la erupción, cuando la luminosidad de rayos X había descendido considerablemente respecto al máximo.

Eso significa que la expulsión de materia puede mantenerse cuando el sistema parece apagarse. Podría resultar intuitivo asociar los grandes flujos de salida con los momentos de máxima actividad. Swift J1727.8−1613 enseña que la fontanería cósmica no funciona de una manera tan educadamente lineal.

Los investigadores consideran incluso que, si vientos semejantes permanecieran activos cuando estos sistemas se aproximan a sus niveles de reposo, su efecto acumulado sería importante. En determinadas condiciones, al menos alrededor del 10% de la materia transferida por la estrella compañera podría terminar expulsada continuamente en lugar de incorporarse al agujero negro.

Ese porcentaje no implica que todos los agujeros negros rechacen una décima parte exacta de su alimento. Tampoco que Swift J1727.8−1613 mantenga siempre esa tasa. Es una consecuencia que deberá comprobarse con nuevas observaciones, pero introduce una pieza relevante en los modelos que explican cómo evolucionan estos sistemas binarios durante miles o millones de años.

Los chorros también alteraron el entorno del agujero negro

El estudio no se limita a los vientos. Durante la fase brillante de la erupción se registraron cambios coincidentes con una intensa llamarada de radio relacionada con la eyección de chorros bipolares.

La espectroscopia muestra que el disco exterior reaccionó prácticamente al mismo tiempo. Cambió la distribución de la emisión del helio ionizado, un comportamiento compatible con una irradiación más intensa de las regiones externas del disco cuando se produjo la eyección.

Esto permite estudiar un problema central de la astrofísica de los agujeros negros: la relación entre acreción y expulsión. Una parte de la materia avanza hacia las regiones interiores mientras otra contribuye a chorros o vientos. Ambos procesos no parecen ser piezas independientes, sino componentes de una misma maquinaria que cambia de configuración a medida que evoluciona la erupción.

Y esa maquinaria es difícil de observar porque sus escalas son diminutas comparadas con las distancias astronómicas. De ahí el valor de haber seguido distintas fases de una misma erupción y comparar cómo se transformaban simultáneamente los rayos X, las líneas ópticas y la emisión relacionada con los chorros.

Lo que realmente ocurre antes del horizonte de sucesos

La expresión «agujero negro que escupe» es gráfica, pero necesita frontera. Una vez atravesado el horizonte de sucesos, la materia no puede volver a salir. El fenómeno descubierto ocurre fuera de esa frontera, en el disco y en las regiones que lo rodean.

Precisamente por eso el resultado es importante. Durante mucho tiempo, hablar de agujeros negros como objetos que «devoran» estrellas ha simplificado un mecanismo mucho más rico. El gas puede acercarse, calentarse hasta temperaturas extremas, emitir radiación, alimentar campos magnéticos, formar chorros y ser expulsado mediante vientos sin llegar jamás al horizonte de sucesos.

Lo que determina finalmente qué cantidad cae y qué cantidad escapa depende de la geometría del disco, la temperatura, la radiación y los campos magnéticos, entre otros factores. No existe una cinta transportadora que conduzca dócilmente todo el material hacia el centro.

La diferencia importa también más allá de Swift J1727.8−1613. Los agujeros negros de masa estelar son laboratorios naturales de la acreción y ayudan a comprender procesos que, con escalas y condiciones diferentes, también aparecen alrededor de los agujeros negros supermasivos instalados en los centros de las galaxias.

Un laboratorio cósmico descubierto durante su gran erupción de 2023

Swift J1727.8−1613 llamó la atención de los observatorios en agosto de 2023, cuando protagonizó una súbita y brillante erupción en rayos X. Aquello permitió seguir casi desde el comienzo cómo cambiaba un sistema que anteriormente había permanecido mucho más discreto.

Desde entonces se ha convertido en un objeto especialmente interesante para estudiar la física de la acreción. Diferentes observaciones han analizado su emisión en rayos X, radio, infrarrojo y luz visible, reconstruyendo el comportamiento de su disco, su corona y sus chorros.

El trabajo más reciente está dirigido por Noel Castro Segura, de la Universidad de Warwick, y cuenta con un amplio equipo internacional, con participación de investigadores europeos, incluidos científicos vinculados a centros italianos y españoles.

La combinación de observaciones del VLT con datos obtenidos en otras longitudes de onda ha hecho posible algo especialmente valioso: observar no una fotografía aislada, sino la transformación del sistema durante una erupción completa, desde estados muy luminosos hasta fases tardías considerablemente más débiles.

Un agujero negro menos voraz de lo que parecía

Swift J1727.8−1613 deja una imagen bastante diferente de la habitual. El agujero negro sigue siendo un destino sin retorno para la materia que cruza su horizonte, naturalmente. Pero llegar hasta allí es otra historia. El entorno inmediato puede convertirse en una fábrica violenta de radiación, chorros y vientos que devuelve al espacio una fracción del material disponible.

La consecuencia es sencilla y profunda: alimentar un agujero negro no equivale a aumentar su masa con todo lo que recibe. Parte del gas puede perderse por el camino, incluso cuando la gran erupción parece haber quedado atrás.

Y ahí está el interés real del hallazgo. No cambia las leyes fundamentales de los agujeros negros ni demuestra que algo pueda escapar de su interior. Cambia nuestra visión de lo que sucede justo antes, en esa frontera turbulenta donde la materia todavía tiene dos destinos posibles: desaparecer definitivamente o salir despedida de nuevo hacia el espacio.