Evento de interrupción de mareas en rayos X de una estrella por un agujero negro

Una estrella triturada puede haber causado rayos X luminosos transitorios en una galaxia muy, muy lejana

Los agujeros negros millones de veces la masa de nuestro Sol se encuentran en el centro de cada gran galaxia, llamados agujeros negros supermasivos. Ocasionalmente, aproximadamente una vez cada 50.000 años, una estrella se acercará demasiado al agujero negro. Las fuerzas gravitacionales estirarán la estrella de manera similar, pero mucho más extrema que la forma en que la Luna produce mareas en la Tierra. Si la estrella se acerca demasiado y el agujero negro tiene la masa correcta, ni demasiado grande ni demasiado pequeña, las fuerzas de la marea destrozarán la estrella, dejando que el gas y el polvo restantes fluyan hacia el agujero negro en un evento luminoso de "disrupción de marea". Tales eventos se predijeron por primera vez en la década de 1970, pero en realidad no se observaron durante otras dos décadas. Estos eventos pueden eclipsar a toda una galaxia anfitriona, especialmente en rayos X, y permanecer luminosos durante semanas o meses. Sin embargo, los eventos de interrupción de las mareas son raros y generalmente de corta duración, por lo que los astrónomos tienen que escanear constantemente el cielo con telescopios para intentar encontrarlos. Los principales protagonistas de este juego en los últimos tiempos han sido los telescopios de levantamiento óptico como el Zwicky Transient Facility (ZTF) y el All-Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN).

Imagen PanSTARRS de la galaxia cercana UGC 9379, anfitriona de la reciente supernova SN 2020bvc que fue observada por el satélite Swift de la NASA. Esos datos identificaron por casualidad un destello de rayos X asociado con un evento de interrupción de las mareas en la galaxia más distante SDSS J143359.16 + 400636.0. El recuadro muestra la posición óptica de la galaxia de Gaia (círculo verde), la posición del transitorio identificado por el telescopio de rayos X (XRT) en Swift (círculo azul), una posición de rayos X refinada de las observaciones de seguimiento de Chandra. (magenta) y el transitorio óptico asociado identificado por ZTF (naranja).

En un artículo publicado recientemente en el Astrophysical Journal, Murray Brightman y sus colaboradores informan sobre el descubrimiento de un nuevo evento transitorio, detectado por primera vez por casualidad por el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA mientras estudiaba una joven supernova en la galaxia cercana UGC 9379. detectado en el núcleo de la galaxia más distante y relativamente anónima SDSS J143359.16 + 400636.0. La llamarada de rayos X estimuló una campaña integral para estudiar esta fuente utilizando los telescopios de rayos X NuSTAR y Chandra de la NASA, así como observaciones utilizando ZTF y el Observatorio Keck para determinar y estudiar la naturaleza de esta fuente.

Una pregunta clave fue si el transitorio se debió a una llamarada de un agujero negro supermasivo que se acrecía regularmente en el centro de la galaxia, o si en realidad se trataba de un evento de interrupción de las mareas. Usando el poder combinado de NuSTAR en rayos X de alta energía con Chandra en rayos X de energía más baja, complementado con las observaciones en los rayos ultravioleta y óptico, Brightman y sus colaboradores pudieron demostrar que la fuente no se parecía a la alimentación normal de un agujero negro, pero en cambio era más probable que el agujero negro  fuese atravesado por la estrella, es decir, un evento de interrupción de la marea.

Concepto del artista de NuSTAR en órbita. NuSTAR tiene un mástil de 10 m de largo que se despliega después del lanzamiento para separar los módulos ópticos (derecho) de los detectores en el plano focal (izquierda). La nave espacial, que controla los punteros de NuSTAR, y los paneles solares están con el plano focal. NuSTAR tiene dos módulos ópticos idénticos con el fin de aumentar la sensibilidad. El fondo es una imagen del centro galáctico obtenida con el observatorio de rayos X de Chandra. Crédito: NuSTAR

Este es uno de los pocos eventos de interrupción de las mareas que se han encontrado hasta la fecha en energías de rayos X. En particular, aunque se detectó un destello de este evento mediante estudios ópticos de campo amplio, esos estudios no reconocieron que el brillo se debió a la interrupción de la marea de una estrella por un agujero negro supermasivo debido a la multitud de otros fenómenos de destello óptico como como supernovas y variabilidad de AGN. Se predice que los estudios de rayos X y ultravioleta serán mucho más poderosos para identificar eventos de interrupción de las mareas, con mucha menos contaminación. Los astrónomos están emocionados de ver demostrada esta promesa con misiones espaciales recientes y futuras, y están ansiosos por ver si nuestra comprensión de los eventos de interrupción de las mareas se ha visto sesgada por nuestra dependencia hasta la fecha de los estudios ópticos para encontrarlos.

Se pueden encontrar más detalles en el documento.""A luminous X-ray transient in SDSS J143359.16+400636.0: a likely tidal disruption event", by Brightman et al. (2021, ApJ), enlace artículo.

• Publicado en NuSTAR el 12 de marzo del 2021, enlace publicación.