La sombra del disco de un agujero negro revela cómo devora materia

MAXI J0637−430 es un sistema binario en el que un agujero negro se alimenta de materia procedente de una estrella compañera. Antes de atravesar el horizonte de sucesos, este material se acumula formando un disco de acreción. Las regiones más internas del disco alcanzan temperaturas extremas y emiten principalmente en rayos X, mientras que las zonas más externas pueden estudiarse en luz visible e infrarroja.

De vez en cuando, estos sistemas sufren grandes erupciones durante las cuales la cantidad de materia que cae hacia el agujero negro aumenta de forma drástica y su brillo puede incrementarse millones de veces.

MAXI J0637−430 fue descubierto durante una de estas erupciones. La sorpresa llegó durante la fase en la que el sistema iba perdiendo brillo. Lo natural sería pensar que, a medida que el sistema se apaga y produce menos rayos X, las regiones exteriores del disco reciben cada vez menos radiación. Pero las observaciones mostraron exactamente lo contrario.

En el máximo de la erupción, el espectro obtenido con el instrumento X-shooter del Very Large Telescope (VLT) mostraba intensas líneas de hidrógeno y helio, características de un disco exterior relativamente frío y poco irradiado. Apenas dos semanas después, cuando la luminosidad en rayos X había disminuido aproximadamente a la mitad, esas líneas prácticamente habían desaparecido y el espectro indicaba un disco exterior mucho más caliente y fuertemente irradiado.

“Fue una sorpresa. Era justo lo contrario de lo que esperábamos”, explica Montserrat Armas Padilla, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y autora principal del estudio. “Si la fuente de rayos X se estaba apagando, lo lógico era que el disco exterior recibiera menos radiación. Sin embargo, veíamos que ocurría exactamente lo contrario. La clave tenía que estar en cómo cambiaba la geometría del propio disco”, subraya.

Una sombra que desaparece

La explicación propuesta por el equipo es sencilla de visualizar. En la fase más luminosa de la erupción, la parte interna del disco se infla y aumenta su grosor vertical. Esta estructura actúa como una pantalla que bloquea parte de la intensa radiación producida cerca del agujero negro, proyectando una sombra sobre las regiones exteriores y manteniéndolas relativamente frías. A medida que la erupción se debilita, disminuye también la presión ejercida por la intensa radiación producida en las regiones internas del disco, y este vuelve a hacerse más fino. Al desaparecer la sombra, las regiones exteriores quedan expuestas a los rayos X procedentes de las proximidades del agujero negro.

“Es como bajar la intensidad de una lámpara y, al mismo tiempo, retirar la pantalla que la cubre: aunque la bombilla emita menos luz, una zona que antes estaba en sombra queda más iluminada. Eso es precisamente lo que creemos que ocurre en MAXI J0637−430”, explica Teo Muñoz-Darias, investigador del IAC y coautor del artículo.

La luz visible y el infrarrojo muestran las consecuencias de ese cambio en las regiones externas del disco. Los rayos X, en cambio, permiten estudiar directamente las zonas mucho más próximas al agujero negro. Al examinar los datos obtenidos con las misiones espaciales NICER, Swift y NuSTAR, el equipo encontró en los espectros de rayos X señales de que la estructura interna del disco también estaba cambiando a medida que el sistema se apagaba. Las piezas encajaban. “La sorpresa no era solo que el disco cambiase de forma, sino cuándo lo hacía”, explica Armas Padilla.

Según los modelos clásicos, los discos de acreción deberían mantener una geometría relativamente delgada mientras la luminosidad sea moderada e inflarse de forma importante solo cuando se aproximan al llamado límite de Eddington, la máxima luminosidad que puede alcanzar el sistema antes de que la presión de la radiación empiece a dificultar la caída de nueva materia. Sin embargo, en MAXI J0637−430 este cambio parece producirse ya cuando el sistema emite aproximadamente entre un 10 y un 20 por ciento de ese límite. 

Y esto importa porque la forma del disco no es un detalle menor. Muchas de las propiedades que se estiman de los agujeros negros dependen de cómo se supone que se distribuye la materia en sus regiones más internas. Si el disco no es tan fino como se pensaba, esto puede afectar, por ejemplo, a las estimaciones de la rotación del agujero negro, uno de los dos parámetros, junto con su masa, que lo definen.

El estudio cuenta con la participación de ocho investigadores del IAC: Montserrat Armas Padilla, que ha liderado el trabajo, Teo Muñoz-Darias, Daniel Mata Sánchez, Enzo Saavedra, Alessandra Ambrifi, Jorge Casares, Manuel A. P. Torres e Idaira Yanes-Rizo. Además, forma parte de una colaboración internacional en la que participan instituciones de España, Países Bajos, Japón, Alemania, Italia, Chile, Reino Unido y Emiratos Árabes Unidos.

Para llevar a cabo la investigación, el equipo combinó observaciones en luz visible e infrarroja, obtenidas principalmente con el instrumento X-shooter, instalado en el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile, con datos de rayos X de los observatorios espaciales NICER, Swift y NuSTAR. Esta combinación de técnicas permitió seguir simultáneamente la evolución de las regiones internas y externas del disco de acreción y estudiar cómo cambia su estructura durante la erupción.

Artículo: Montserrat Armas Padilla et al., “A self-shadowing black hole accretion disk at sub-Eddington luminosities”, Nature Astronomy, 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-026-03005-2