Una estrella sobrevive cerca de un agujero negro.
Los astrónomos pueden haber descubierto un nuevo tipo de historia de supervivencia: una estrella que tenía un roce con un agujero negro gigante y vivió para contarlo a través de llamaradas de rayos X.
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| Ilustración de agujero negro y enana blanca Los datos de Chandra y XMM-Newton indican que una estrella sobrevivió a una aproximación cercana con un agujero negro. Cuando una estrella gigante roja se acercó a un agujero negro supermasivo en la galaxia GSN 069, quedó atrapada en la gravedad del agujero negro. Una vez capturados, las capas externas del gigante rojo fueron despojadas, dejando atrás el núcleo de la estrella, conocida como una enana blanca. La enana blanca luego entra en una órbita elíptica de 9 horas de duración alrededor del agujero negro, como se muestra en la ilustración de este artista. En la aproximación más cercana, el agujero negro arrastra la materia de la enana blanca a un disco circundante. (Crédito: rayos X: NASA / CXO / CSIC-INTA / G.Miniutti et al .; Ilustración: NASA / CXC / M. Weiss). |
Los datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el XMM-Newton de la ESA descubrieron la cuenta que comenzó con una estrella gigante roja vagando demasiado cerca de un agujero negro supermasivo en una galaxia a unos 250 millones de años luz de la Tierra. El agujero negro, ubicado en una galaxia llamada GSN 069, tiene una masa aproximadamente de 400 000 veces la masa de nuestro Sol, colocándolo en el extremo pequeño de la escala para agujeros negros supermasivos.
Una vez que el gigante rojo fue capturado por la gravedad del agujero negro, las capas externas de la estrella que contenían hidrógeno fueron despojadas y transportadas hacia el agujero negro, dejando atrás el núcleo de la estrella, conocida como una enana blanca.
"En mi interpretación de los datos de rayos X, la enana blanca sobrevivió, pero no escapó", dijo Andrew King, de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, quien realizó este estudio. "Ahora está atrapado en una órbita elíptica alrededor del agujero negro, haciendo un viaje de una vez cada nueve horas aproximadamente".
A medida que la enana blanca hace su órbita casi tres veces al día, el agujero negro extrae el material en su aproximación más cercana (no más de 15 veces el radio del horizonte de eventos, el punto de no retorno, lejos del agujero negro). El detrito estelar entra en un disco que rodea el agujero negro y libera una explosión de rayos X que Chandra y XMM-Newton pueden detectar. Además, King predice que las ondas gravitacionales serán emitidas por el agujero negro y la enana blanca, especialmente en su punto más cercano.
¿Cuál sería el futuro de la estrella y su órbita? El efecto combinado de las ondas gravitacionales y un cambio en el tamaño de la estrella a medida que pierde masa debería hacer que la órbita se vuelva más circular y crezca en tamaño. La tasa de pérdida de masa se ralentiza constantemente, al igual que el aumento en la distancia de la enana blanca del agujero negro.
"Hará todo lo posible por escapar, pero no hay escapatoria. El agujero negro lo comerá cada vez más lentamente, pero nunca se detendrá", dijo King. "En principio, esta pérdida de masa continuaría hasta e incluso después de que la enana blanca se redujera a la masa de Júpiter, en aproximadamente un billón de años. ¡Esta sería una forma notablemente lenta y complicada para que el universo haga un planeta!"
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| Esquema que muestra la órbita de la enana blanca. Un diagrama esquemático que muestra una órbita casi completa de la enana blanca alrededor del agujero negro en el centro de la figura. La enana blanca se representa en azul y el camino y la dirección de la órbita en blanco. Si se dibuja a escala, la enana blanca sería demasiado pequeña para verla. El agujero negro está rodeado por un disco de material (representado en naranja y rojo) que cae hacia él. Cada vez que la enana blanca se acerca al agujero negro, parte del material es extraído de la estrella hacia el disco, causando una explosión de rayos X observados por Chandra y XMM-Newton. Un efecto de la Relatividad General causa precesión, cambiando el ángulo de los bucles en la órbita en aproximadamente 70 grados cuando la enana blanca pasa el agujero negro. La orientación de la figura se muestra de modo que los diferentes bucles se muestran casi de borde. Si se muestra de frente, los bucles orbitales aún parecerían tener forma ovalada, pero no serían tan estrechos. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss. |
Los astrónomos han encontrado muchas estrellas que se han desgarrado por completo con encuentros con agujeros negros (los llamados eventos de interrupción de las mareas), pero hay muy pocos casos reportados de casi accidentes, donde la estrella probablemente sobrevivió.
Los encuentros de pastoreo como este deberían ser más comunes que las colisiones directas dadas las estadísticas de los patrones de tráfico cósmico, pero podrían perderse fácilmente por un par de razones. Primero, puede llevar una estrella superviviente más masiva demasiado tiempo para completar una órbita alrededor de un agujero negro para que los astrónomos vean ráfagas repetidas. Otro problema es que los agujeros negros supermasivos que son mucho más masivos que el de GSN 069 pueden tragar directamente una estrella en lugar de que la estrella caiga en órbitas donde pierden masa periódicamente. En estos casos, los astrónomos no observarían nada.
"En términos astronómicos, este evento solo es visible para nuestros telescopios actuales durante un corto período de tiempo, unos 2.000 años", dijo King. "Por lo tanto, a menos que tengamos una suerte extraordinaria de haber atrapado a este, puede que falten muchos más. Tales encuentros podrían ser una de las principales formas para que crezcan los agujeros negros del tamaño de uno en GSN 069".
King predice que la enana blanca tiene una masa de solo dos décimas de la masa del Sol. Si la enana blanca era el núcleo del gigante rojo que estaba completamente despojado de su hidrógeno, entonces debería ser rico en helio. El helio habría sido creado por la fusión de átomos de hidrógeno durante la evolución del gigante rojo.
"Es notable pensar que se puede inferir la órbita, la masa y la composición de una pequeña estrella a 250 millones de años luz de distancia", dijo King.
King hizo una predicción basada en su escenario. Debido a que la enana blanca está tan cerca del agujero negro, los efectos de la Teoría de la Relatividad General significan que la dirección del eje de la órbita debería tambalearse o "precesar". Esta oscilación debería repetirse cada dos días y puede ser detectable con observaciones suficientemente largas.
Una estrella rozó un agujero negro gigante y sobrevivió, según un nuevo estudio con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el XMM-Newton de la ESA. Antes de su encuentro cercano con el agujero negro, la estrella era una estrella gigante roja que se había hinchado al quemarse a través de su combustible. Una vez que fue atrapado por la gravedad del agujero negro, las capas externas se quitaron y dejaron una estrella enana blanca. La enana blanca recorre el agujero negro una vez cada 9 horas y emite una explosión de rayos X en su punto más cercano en su órbita. Los científicos esperan que la enana blanca esté al alcance de este agujero negro durante más de un billón de años, disminuyendo la pérdida de masa con cada pasada que haga. Encuentros como este pueden ayudar a los astrónomos a aprender más sobre cómo crecen algunos agujeros negros.
Un artículo que describe estos resultados aparece en la edición de marzo de 2020 de los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, y está disponible en línea. El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde Cambridge y Burlington, Massachusetts.
Otros materiales sobre los hallazgos están disponibles en:
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Enlaces de interés:
Contactos de medios:
Molly Porter
Centro Marshall de Vuelos Espaciales Marshall, Huntsville, Ala.
256-424-5158
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998
• Publicado en Chandra el 23 de abril del 2020, comunicado de prensa.
