Las recientes observaciones de un agujero negro devorando una estrella errante pueden ayudar a los científicos a comprender comportamientos de alimentación de agujeros negros más complejos.
Múltiples telescopios de la NASA observaron recientemente un agujero negro masivo que destrozaba una desafortunada estrella que se acercó demasiado. Ubicado a unos 250 millones de años luz de la Tierra, en el centro de otra galaxia, fue el quinto ejemplo más cercano observado de un agujero negro destruyendo una estrella.
Una vez que la gravedad del agujero negro rompió completamente la estrella, los astrónomos vieron un importante aumento en la luz de rayos X de alta energía alrededor del agujero negro. Esto indicó que a medida que el material estelar fue atraído hacia su perdición, formó una estructura extremadamente caliente sobre el agujero negro llamada corona. El satélite NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) de la NASA es el telescopio espacial más sensible capaz de observar estas longitudes de onda de luz, y la proximidad del evento proporcionó una vista sin precedentes de la formación y evolución de la corona, según un nuevo estudio publicado en el Astrophysical Journal.
El trabajo demuestra cómo la destrucción de una estrella por un agujero negro, un proceso conocido formalmente como un evento de interrupción de la marea, podría usarse para comprender mejor qué sucede con el material capturado por uno de estos gigantes antes de ser devorado por completo.
La mayoría de los agujeros negros que los científicos pueden estudiar están rodeados de gas caliente que se ha acumulado durante muchos años, a veces milenios, y forma discos de miles de millones de kilómetros de ancho. En algunos casos, estos discos brillan más que galaxias enteras. Incluso alrededor de estas fuentes brillantes, pero especialmente alrededor de agujeros negros mucho menos activos, se destaca una sola estrella que se está desgarrando y consumiendo. Y de principio a fin, el proceso a menudo toma solo unas semanas o meses. La observabilidad y la corta duración de los eventos de interrupción de las mareas los hacen especialmente atractivos para los astrónomos, que pueden descifrar cómo la gravedad del agujero negro manipula el material que lo rodea, creando increíbles espectáculos de luces y nuevas características físicas.
“Los eventos de interrupción de las mareas son una especie de laboratorio cósmico”, dijo la coautora del estudio Suvi Gezari, astrónoma del Space Telescope Science Institute en Baltimore. “Son nuestra ventana en tiempo real a la alimentación de un enorme agujero negro que acecha en el centro de una galaxia”.
Créditos: Science Communication Lab/DESY.
Una señal sorprendente
El foco del nuevo estudio es un evento llamado AT2021ehb, que tuvo lugar en una galaxia con un agujero negro central de unas 10 millones de veces la masa de nuestro Sol. Durante este evento de interrupción de las mareas, el lado de la estrella más cercano al agujero negro fue jalado con más fuerza que el lado más alejado de la estrella, separando todo y dejando nada más que un fideo largo de gas caliente.
Los científicos creen que la corriente de gas es perturbada alrededor de un agujero negro durante tales eventos, chocando consigo misma. Se cree que esto crea ondas de choque y flujos de gas hacia el exterior que generan luz visible, así como longitudes de onda no visibles para el ojo humano, como la luz ultravioleta y los rayos X. Luego, el material comienza a asentarse en un disco que gira alrededor del agujero negro como el agua circulando por un desagüe, y la fricción genera rayos X de baja energía. En el caso de AT2021ehb, esta serie de eventos se llevó a cabo durante solo 100 días.
El evento fue visto por primera vez el 1 de marzo de 2021 por la Zwicky Transient Facility (ZTF), ubicada en el Observatorio Palomar en el sur de California. Posteriormente fue estudiado por el telescopio Neil Gehrels Swift Observatory and Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA (que observa longitudes de onda de rayos X más largas que Swift).
Luego, alrededor de 300 días después de que se detectó el evento por primera vez, NuSTAR de la NASA comenzó a observar el sistema. Los científicos se sorprendieron cuando NuSTAR detectó una corona, una nube de plasma caliente o átomos de gas a los que se les quitaron los electrones, ya que las coronas suelen aparecer con chorros de gas que fluyen en direcciones opuestas desde un agujero negro. Sin embargo, con el evento de marea AT2021ehb, no hubo chorros, lo que hizo que la observación de la corona fuera inesperada. Las coronas emiten rayos X de mayor energía que cualquier otra parte de un agujero negro, pero los científicos no saben de dónde proviene el plasma ni cómo se calienta tanto.
“Nunca hemos visto un evento de interrupción de marea con emisión de rayos X como este sin la presencia de un chorro, y eso es realmente espectacular porque significa que potencialmente podemos desentrañar qué causa los chorros y qué causa las coronas”, dijo Yuhan Yao, estudiante de posgrado en Caltech en Pasadena (California) y autor principal del nuevo estudio. “Nuestras observaciones de AT2021ehb están de acuerdo con la idea de que los campos magnéticos tienen algo que ver con la manera en la que se forma la corona, y queremos saber qué está causando que ese campo magnético se vuelva tan fuerte”.
Yao también está liderando un esfuerzo para buscar más eventos de interrupción de mareas identificados por ZTF y luego observarlos con telescopios como Swift, NICER y NuSTAR. Cada nueva observación ofrece el potencial de nuevos conocimientos u oportunidades para confirmar lo que se ha observado en AT2021ehb y otros eventos de interrupción de mareas. “Queremos encontrar tantos como podamos”, dijo Yao.
Más información sobre la misión
Una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA en el sur de California para la Science Mission Directorate de la agencia en Washington, NuSTAR se desarrolló en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles (Virginia). El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el High Energy Astrophysics Science Archive Research Center de la NASA en el Goddard Space Flight Center de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech administra el JPL para la NASA.
Edición: R. Castro.