Los últimos momentos de vida de una estrella devorada por un agujero negro.

El XMM-Newton captura el último aliento de vida de una estrella.
La fuente cósmica llamada ASASSN-14li oculta un agujero negro al menos un millón de veces más grande que el Sol que destruyó y devoró una estrella cercana, tal como lo ve la Cámara Europea de Imágenes de Fotones (EPIC) en el observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Las observaciones de ASASSN-14li han revelado una señal excepcionalmente brillante y estable que osciló durante un período de 131 segundos durante mucho tiempo: 450 días. Al combinar esto con la información sobre la masa y el tamaño del agujero negro, los astrónomos descubrieron que el agujero debe girar rápidamente, a más del 50% de la velocidad de la luz, y que la señal provenía de sus regiones más internas. Derechos de autor ESA / XMM-Newton.

Un grupo de astrónomos ha estudiado gracias al observatorio espacial XMM-Newton de la ESA cómo un agujero negro devoraba una estrella. Durante el proceso, han descubierto una señal excepcionalmente brillante y estable que les ha permitido determinar la velocidad de rotación del agujero negro.

Se cree que cada galaxia masiva del Universo alberga en su centro un agujero negro que afecta de forma intrínseca a sus propiedades. Así, estos gigantes cósmicos pueden ser la clave para comprender cómo evolucionan las galaxias.

La gravedad de los agujeros negros es extrema y puede destruir a aquellas estrellas que se acerquen demasiado. Los restos de esas estrellas descienden en espiral hacia el agujero que las desintegró, se calientan y emiten rayos X de gran intensidad.

A pesar del elevado número de agujeros negros que presumiblemente existe en el cosmos, muchos de ellos están inactivos, sin atraer material que emita radiación detectable, por lo que son difíciles de estudiar. No obstante, se supone que, cada pocos cientos de miles de años, una estrella pasa lo bastante cerca de un agujero negro como para que este la devore. Así, ofrece una breve ventana de oportunidad para medir algunas propiedades fundamentales del agujero, como su masa y la velocidad a la que gira.

“Es muy difícil acotar la velocidad de rotación de un agujero negro, ya que sus efectos solo se aprecian muy cerca del propio agujero, donde la gravedad es muy fuerte y difícil de ver con claridad”, explica Dheeraj Pasham, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT (Estados Unidos) y autor principal del nuevo estudio.

“Sin embargo, ciertos modelos muestran que la masa de una estrella destruida se asienta sobre una especie de disco interior que expulsa rayos X. Imaginamos que si hallábamos instancias donde este disco brillase con especial intensidad podríamos delimitar la rotación del agujero negro, pero la sensibilidad de las observaciones de este tipo de eventos no era suficiente como para explorar esta región de fuerte gravedad al detalle... hasta ahora”.

La impresión de este artista muestra el gas caliente que orbita en un disco alrededor de
un agujero negro que gira rápidamente. El punto alargado representa una región brillante
de rayos X en el disco, que permite estimar el giro del agujero negro. Estudiando el agujero
 negro devorando una estrella conocida como ASASSN-14li con el observatorio espacial
XMM-Newton de la ESA y los observatorios de rayos X Chandra y Swift de la NASA,
un equipo de astrónomos descubrió una señal excepcionalmente brillante y estable que les
permitió determinar el giro del agujero negro tarifa.
Copyright NASA / CXC / M. Weiss.
Dheeraj y sus colaboradores estudiaron un evento denominado ASASSN-14li. Fue descubierto por el Censo Automatizado de Supernovas de Cielo Completo (ASASSN) el 22 de noviembre de 2014. El agujero negro asociado al evento tiene una masa al menos un millón de veces superior a la de nuestro Sol. 

“ASASSN-14li se considera la ‘piedra de Rosetta’ de estos eventos —añade Dheeraj—. Todas sus propiedades son características de este tipo de evento, y ha sido estudiado por todos los telescopios de rayos X más importantes en activo”. 

Gracias a observaciones de ASASSN-14li realizadas con los observatorios de rayos X XMM-Newton de la ESA y Chandra y Swift de la NASA, los científicos pudieron buscar una señal que fuera estable y que mostrara un patrón de ondas característico que suele producirse cuando un agujero negro recibe una repentina afluencia de masa, tal y como sucede cuando devora una estrella. 

Detectaron una sorprendente señal de rayos X muy intensa, que oscilaba con un periodo de 131 segundos a lo largo de 450 días. 

Al combinar estos datos con información sobre la masa y el tamaño del agujero negro, los astrónomos descubrieron que debía de girar a gran velocidad (más del 50 % de la velocidad de la luz) y que la señal procedía de su interior. 

“Se trata de un hallazgo excepcional: nunca se había visto una señal estable durante tanto tiempo cerca de un agujero negro —añade Alessia Franchini, de la Universidad de Milán (Italia) y coautora del estudio—. Sobre todo, la señal procede de un lugar muy cercano al horizonte de eventos del agujero negro, punto más allá del cual no podemos observar nada porque la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar”.

La galaxia anfitriona de ASASSN-14li, un agujero negro que devora una estrella.
Imagen realizada según lo observado por el Telescopio Espacial Hubble de la
NASA / ESA en longitudes de onda ópticas. La inserción en la parte inferior izquierda
muestra la vista de rayos X obtenida por el observatorio Chandra de la NASA.
Las observaciones de ASASSN-14li han revelado una señal excepcionalmente brillante
 estable que osciló durante un período de 131 segundos durante mucho tiempo:
450 días. Al combinar esto con la información sobre la masa y el tamaño del agujero
negro, los astrónomos descubrieron que el agujero debe girar rápidamente, a más del
50% de la velocidad de la luz, y que la señal provenía de sus regiones más internas.
Copyright: rayos X: NASA / CXC / MIT / D. Pasham et al;
Óptico: HST / STScI / I. Arcavi.

El estudio demuestra una nueva forma de medir la rotación de los agujeros negros masivos: observando su actividad cuando perturban con su gravedad estrellas que pasan cerca. Estos eventos también nos pueden ayudar a comprender aspectos de la teoría general de la relatividad. Aunque se han estudiado mucho con gravedad “normal”,  aún no se entienden completamente en regiones donde la gravedad es excepcionalmente fuerte. 

“XMM-Newton es increíblemente sensible a estas señales, más que ningún otro telescopio de rayos X —señala Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA—. El satélite ofrece exposiciones detalladas, largas y sin interrupciones que resultan cruciales para detectar señales como estas”. 

“Apenas estamos comenzando a entender la física compleja que aquí entra en juego. Al localizar instancias en las que la masa de una estrella devorada brilla con especial intensidad podemos elaborar un censo de agujeros negros en el Universo y estudiar cómo se comporta la materia en algunas de las áreas y condiciones más extremas del cosmos”.

Nota para editores.
El artículo "A remarkably loud quasi-periodicity after a star is disrupted by a massive black hole" de D. R. Pasham et al., está publicado en la revista Science.


Para más información: 
Dheeraj Pasham
MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research
Cambridge, MA, USA
Tel: +1-617-253-4845

Alessia Franchini
University of Milan, Italy
University of Nevada, Las Vegas, USA

Norbert Schartel
XMM-Newton Project Scientist
European Space Agency

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954

• Publicado en ESA-España, el 10 de enero del 2.019, enlace publicación.
• Publicado en ESA, link to publication.

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