La escena de un crimen cósmico ha revelado los detalles sangrientos de los hábitos alimenticios de los agujeros negros.
En un nuevo estudio, los astrónomos estudiaron la destrucción de una estrella por un agujero negro supermasivo, revelando cómo estos titanes cósmicos consumen el material de los objetos que se aventuran demasiado cerca de ellos. La investigación muestra que una cantidad significativa de este material es expulsado del agujero negro, en lugar de ser consumido por él.
El espeluznante acto, que ocurrió a 215 millones de años luz de la Tierra, se observó por primera vez en octubre de 2019 y representa las consecuencias de la destrucción de una estrella similar al Sol por un agujero negro de más de 1 millón de veces su masa. Este fue el ejemplo más cercano de un cuerpo estelar “espaguetizado” por las enormes fuerzas de marea generadas por un agujero negro que los astrónomos hayan visto jamás.
Este llamado evento de interrupción de marea (TDE) ocurrió en una galaxia espiral en la constelación de Eridanus. Fue el primer evento de este tipo que fue lo suficientemente brillante en luz visible para permitir a los astrónomos estudiar los detalles de lo que sucede con el material de la estrella después de que se tritura.
Al observar la polarización de la luz del evento, los investigadores de la Universidad de California, Berkeley, dedujeron que gran parte de este material estelar fue expulsado del agujero negro a velocidades de hasta 35 millones de kilómetros por hora.
Esta explosión, denominada AT2019qiz, creó una nube de gas que, según revelan estas nuevas observaciones de luz polarizada, es esféricamente simétrica. Esta nube de gas es tan ancha como 200 veces la distancia promedio de la Tierra al sol. Esto significa que su radio es 100 veces más grande que la órbita de nuestro planeta, y su borde exterior está a unos 930 millones de millas (1.500 millones de kilómetros) del agujero negro central.
“Una de las cosas más locas que puede hacer un agujero negro supermasivo es destrozar una estrella con sus enormes fuerzas de marea”, dijo Wenbin Lu, astrónomo de UC Berkeley y coautor de un nuevo artículo que describe las observaciones, en un comunicado (abre en nueva pestaña). “Estos eventos de interrupción de mareas estelares son una de las pocas formas en que los astrónomos conocen la existencia de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias y miden sus propiedades. Sin embargo, debido al costo computacional extremo en la simulación numérica de tales eventos, los astrónomos aún no entienden los procesos complicados después de una interrupción de la marea”.
Los nuevos hallazgos podrían explicar por qué los astrónomos no ven emisiones de alta energía, como los rayos X, de otros TDE. Tales emisiones se crean cuando el material de la estrella se arrastra hacia un disco delgado alrededor del agujero negro. Este material se calienta en el disco creando emisiones de alta energía que también se producen cuando el material cae en el agujero negro. Estas emisiones son oscurecidas por estas nubes de gas expulsadas por fuertes vientos.
“Esta observación descarta una clase de soluciones que se han propuesto teóricamente y nos brinda una restricción más fuerte sobre lo que sucede con el gas alrededor de un agujero negro”, dijo Kishore Patra, estudiante graduado en astronomía en UC Berkeley y autor principal del artículo. en el estado de cuenta (se abre en una pestaña nueva). “La gente ha estado viendo otra evidencia de viento que surge de estos eventos, y creo que este estudio de polarización definitivamente fortalece esa evidencia, en el sentido de que no obtendrías una geometría esférica sin tener una cantidad suficiente de viento.
“El hecho interesante aquí es que una fracción significativa del material de la estrella que está girando en espiral hacia el interior no cae finalmente en el agujero negro; “es expulsado del agujero negro”, agregó Patra.
Los resultados parecen contradecir una teoría propuesta por muchos astrónomos: que cuando una estrella es destruida por un agujero negro, se forma un disco de acreción altamente asimétrico. Tal disco demostraría un alto grado de luz polarizada — algo que no se ve en este TDE.
El segundo conjunto de observaciones de este evento en noviembre de 2019 mostró que la luz de este solo estaba ligeramente polarizada. Este hallazgo sugirió que la nube de gas del material expulsado se había adelgazado lo suficiente como para revelar la estructura de gas asimétrica alrededor del agujero negro, dijo el equipo.
“El disco de acreción en sí es lo suficientemente caliente como para emitir la mayor parte de su luz en rayos X, pero esa luz tiene que pasar a través de esta nube, y hay muchas dispersiones, absorciones y reemisiones de luz antes de que pueda escapar de esta nube. – dijo Patra. “Con cada uno de estos procesos, la luz pierde algo de su energía fotónica, descendiendo hasta las energías ultravioleta y óptica. La dispersión final determina el estado de polarización del fotón. Entonces, al medir la polarización, podemos deducir la geometría de la superficie donde ocurre la dispersión final”.
Petra agregó que el “escenario del lecho de muerte” que el equipo observó para esta estrella puede no aplicarse a los TDE “extraños” en los que los chorros de material se expulsan a una velocidad cercana a la luz solo desde los polos del agujero negro. Para responder a esta pregunta, se necesitarán más estudios de polarización de TDE.
“Los estudios de polarización son muy desafiantes y muy pocas personas en todo el mundo conocen la técnica lo suficiente como para utilizarla”, dijo Petra. “Entonces, este es un territorio desconocido para los eventos de interrupción de las mareas”.
Ambos conjuntos de observaciones se realizaron utilizando el telescopio Shane de 3 metros (10 pies) en el Observatorio Lick cerca de San José, California. El telescopio está equipado con el espectrógrafo Kast, un instrumento que puede determinar la polarización de la luz en todo el espectro óptico.
El artículo del equipo se publicará en la edición de septiembre de la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Con información de Space.com
