Cuando un agujero negro supermasivo envolvió a la estrella, los científicos se sorprendieron de que exhibiera propiedades similares a las de los agujeros negros de masa estelar mucho más pequeños. Crédito: Christine Daniloff, MIT
El 9 de septiembre de 2018, los astrónomos notaron un destello de una galaxia a 860 millones de años luz de distancia. La fuente fue un agujero negro supermasivo con una masa de aproximadamente 50 millones de masas solares. Un gigante de gravedad normalmente silencioso se ha despertado repentinamente para devorar una estrella que pasaba en un evento raro conocido como evento de interrupción de las mareas. Cuando los escombros estelares cayeron hacia el agujero negro, liberaron una enorme cantidad de energía en forma de luz.
Los científicos del MIT, el Observatorio Europeo Austral y otros lugares han utilizado múltiples telescopios para observar el evento, denominado AT2018fyk. Para su sorpresa, descubrieron que cuando un agujero negro supermasivo envuelve una estrella, exhibe propiedades similares a las de los agujeros negros de masa estelar mucho más pequeños.
Los resultados publicados hoy en Revista astrofísica, sugieren que la acreción, la forma en que los agujeros negros evolucionan a medida que consumen material, es independiente de su tamaño.
“Demostramos que si veías un agujero negro, los veías todos”, dice el autor del estudio Dheeraj “DJ” Pasham, científico del Instituto Kavli MIT de Astrofísica e Investigación Espacial. “Cuando les lanzas una bola de gas, parecen estar haciendo más o menos lo mismo. Son la misma bestia en términos de acumulación.
Los coautores de Pashama son el científico principal Ronald Remillard y el ex estudiante de doctorado del MIT Anirudh Chiti, así como investigadores del Observatorio Europeo Austral, Universidad de Cambridge, Universidad de Leiden, Universidad de Nueva York, Universidad de Maryland, Universidad Curtin, Universidad de Amsterdam. y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
Despertar estelar
Cuando pequeños agujeros negros con una masa estelar de aproximadamente 10 veces la masa del Sol emiten un destello de luz, a menudo es en respuesta a una afluencia de material de la estrella compañera. Este estallido de radiación inició una evolución específica de la región alrededor del agujero negro. Desde la inactividad, el agujero negro entra en una fase “blanda” dominada por el disco de acreción a medida que el material estelar es absorbido por el agujero negro. A medida que disminuye la cantidad de material que fluye, vuelve a la fase “dura”, en la que la corona al rojo vivo toma el control. El agujero negro finalmente colapsa de nuevo en un silencio estable, y todo este ciclo de acreción puede durar desde semanas hasta meses.
Los físicos han observado este ciclo de acreción característico en muchos agujeros negros de masa estelar durante varias décadas. Pero en el caso de los agujeros negros supermasivos, se pensó que tomaría demasiado tiempo capturar completamente este proceso, ya que estos goliats tienden a pastar, alimentándose lentamente de gas en las regiones centrales de la galaxia.
“Este proceso ocurre normalmente en una escala de tiempo de miles de años en agujeros negros supermasivos”, dice Pasham. “La gente no puede esperar tanto para atrapar algo así”.
Pero todo este proceso se acelera cuando el agujero negro experimenta una afluencia masiva y repentina de material, como durante una interrupción de la marea, cuando la estrella se acerca lo suficiente como para que el agujero negro pueda hacerla pedazos.
“En el caso de una interrupción de la marea, todo es violento”, dice Pasham. “De repente, te arrojan un trozo de gas y el agujero negro se despierta repentinamente y es como,” vaya, hay tanta comida, déjame comer, comer, comer hasta que se acabe “. Entonces experimenta todo en un corto período de tiempo. Esto nos permite estudiar todas las diferentes etapas de acreción que los humanos han conocido en los agujeros negros de masa estelar. “
Ciclo supermasivo
En septiembre de 2018, el All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASASSN) detectó señales con una ráfaga repentina. Luego, los investigadores determinaron que la llamarada fue el resultado de una interrupción de las mareas asociada con un agujero negro supermasivo al que llamaron TDE AT2018fyk. Wevers, Pasham y sus colegas saltaron a la advertencia y pudieron apuntar múltiples telescopios, cada uno entrenado para mapear diferentes bandas de los espectros ultravioleta y de rayos X hacia el sistema.
El equipo recopiló datos durante dos años utilizando los telescopios espaciales de rayos X del Observatorio de rayos X XMM-Newton y Chandra, así como NICER, un instrumento de monitoreo de rayos X a bordo de la Estación Espacial Internacional y el Observatorio Swift, junto con radiotelescopios en Australia. .
“Capturamos el agujero negro en un estado blando con un disco de acreción formándose y la mayoría de las emisiones ultravioleta, con una cantidad muy pequeña en rayos X”, dice Pasham. “Luego el disco colapsa, la corona se fortalece y ahora es muy brillante bajo los rayos X. En última instancia, no hay mucho gas para alimentar y el brillo general vuelve a caer a niveles indetectables “.
Los científicos estiman que el agujero negro interrumpió mareamente una estrella del tamaño de nuestro sol. En el proceso, generó un enorme disco de acreción de unos 12 mil millones de kilómetros de ancho y emitió gas que se estimó en alrededor de 40,000 Kelvin, o más de 70,000 grados Fahrenheit. A medida que el disco se volvió más débil y menos brillante, la corona de rayos X compactos de alta energía asumió la fase dominante alrededor del agujero negro antes de desaparecer finalmente.
“La gente sabía que este ciclo tiene lugar en agujeros negros de masa estelar que tienen solo unas 10 masas solares. Ahora lo vemos en algo 5 millones de veces más grande ”, dice Pasham.
“La perspectiva más emocionante para el futuro es que tales interrupciones de las mareas brindan información sobre la formación de estructuras complejas muy cercanas a un agujero negro supermasivo, como el disco de acreción y la corona”, dice el autor principal Thomas Wevers, miembro del European Observatorio Sur. “Al estudiar cómo se forman e interactúan estas estructuras en entornos extremos después de la destrucción de la estrella, podemos esperar comprender mejor las leyes físicas básicas que gobiernan su existencia”.
Además de mostrar que los agujeros negros experimentan la acreción de la misma manera, independientemente de su tamaño, los resultados solo muestran la segunda vez que los científicos capturan la formación de coronas de principio a fin.
“La corona es un ser muy misterioso, y en el caso de los agujeros negros supermasivos, la gente ha estudiado las coronas fijas, pero no saben cuándo ni cómo se formaron”, dice Pasham. “Hemos demostrado que los eventos de interrupción de las mareas se pueden utilizar para capturar la formación de copas. Espero poder utilizar estos eventos en el futuro para descubrir exactamente qué es una corona.
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se volvió a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular de noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.