Un agujero negro destruye una estrella y va tras otra
Un agujero negro masivo ha destrozado una estrella y ahora está usando esos restos estelares para golpear a otra estrella o a un agujero negro más pequeño que solía estar a salvo.
Este descubrimiento, realizado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble, el NICER (Explorador de Composición Interior de Estrellas de Neutrones), el Observatorio Neil Gehrels Swift y otros telescopios, ayuda a los astrónomos a vincular dos misterios donde anteriormente solo había indicios de una conexión.
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| El telescopio Chandra y otros telescopios han identificado un agujero negro supermasivo que ha destrozado una estrella y ahora está utilizando esos restos estelares para golpear a otra estrella o a un agujero negro más pequeño. Esta ilustración artística muestra un disco de material (rojo, naranja y amarillo) creado después de que un agujero negro supermasivo (mostrado a la derecha) destruyera una estrella mediante intensas fuerzas de marea. Después de unos años, este disco se expandió hacia afuera hasta que comenzó a intersecar otro objeto en órbita (una estrella o un pequeño agujero negro) alrededor del agujero negro gigante. Cada vez que este objeto choca contra el disco, emite una ráfaga de rayos X detectada por el telescopio Chandra. Crédito: NASA/CXC/SAO y Soheb Mandhai/The Astro Phoenix |
En 2019, los astrónomos fueron testigos de la señal de una estrella que se acercó demasiado a un agujero negro y fue destruida por las fuerzas gravitacionales de este. Una vez destrozada, los restos de la estrella forman un disco que gira alrededor del agujero negro, como una especie de cementerio estelar.
Sin embargo, en el transcurso de unos años, este disco se ha expandido hacia afuera y ahora se encuentra directamente en la trayectoria de otra estrella, o posiblemente un agujero negro de masa estelar, que orbita el agujero negro masivo a una distancia que antes era segura. Esta estrella en órbita ahora choca repetidamente contra el disco de escombros, aproximadamente una vez cada 48 horas, mientras gira. Cuando lo hace, la colisión provoca ráfagas de rayos X que los astrónomos capturaron con Chandra.
“Imaginemos que un buceador se sumerge repetidamente en una piscina y que cada vez que entra en ella se produce un chapoteo”, afirma Matt Nicholl, de la Queen's University de Belfast (Reino Unido), autor principal del estudio que aparece en el número actual de Nature. “En esta comparación, la estrella es como el buceador y el disco es la piscina, y cada vez que la estrella golpea la superficie crea un enorme 'chapoteo' de gas y rayos X. A medida que la estrella orbita alrededor del agujero negro, hace esto una y otra vez”.
Los científicos han documentado muchos casos en los que un objeto se acerca demasiado a un agujero negro y se desgarra en un único estallido de luz. Los astrónomos llaman a estos fenómenos “eventos de disrupción de marea”. En los últimos años, los astrónomos también han descubierto una nueva clase de destellos brillantes procedentes de los centros de las galaxias, que se detectan solo en rayos X y se repiten muchas veces. Estos eventos también están relacionados con los agujeros negros supermasivos, pero los astrónomos no pudieron explicar qué causó los estallidos semirregulares de rayos X. Los llamaron “erupciones cuasiperiódicas”.
“Se ha especulado mucho sobre la conexión entre estos fenómenos, y ahora hemos descubierto pruebas de ello”, afirmó el coautor Dheeraj Pasham, del Instituto Tecnológico de Massachusetts. “Es como conseguir un dos por uno cósmico en términos de resolución de misterios”.
Este evento de disrupción de marea, ahora conocido como AT2019qiz, fue descubierto por primera vez por un telescopio óptico de campo amplio en el Observatorio Palomar, llamado Zwicky Transient Facility, en 2019. En 2023, los astrónomos utilizaron tanto Chandra como Hubble para estudiar los escombros que quedaron después de que terminó la disrupción de marea.
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| Estas imágenes muestran datos de rayos X de Chandra e imágenes ópticas de Pan-STARRS del área alrededor de AT2019qiz. Chandra y otros telescopios han identificado este agujero negro supermasivo que ha destrozado una estrella y ahora está usando esos restos estelares para golpear a otra estrella o a un agujero negro más pequeño. La fuente de rayos X en la parte inferior izquierda no está relacionada con el sistema AT2019qiz. Lo más probable es que sea un agujero negro supermasivo en una galaxia de fondo ubicada detrás de AT2019qiz. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Queen's Univ. Belfast/M. Nicholl et al.; Óptica/IR: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N. Wolk |
Los datos de Chandra se obtuvieron durante tres observaciones diferentes, cada una con una diferencia de entre 4 y 5 horas. La exposición total de unas 14 horas de tiempo de Chandra reveló solo una señal débil en el primer y último fragmento, pero una señal muy fuerte en la observación intermedia.
A partir de ahí, Nicholl y sus colegas utilizaron el NICER para observar con frecuencia AT2019qiz en busca de explosiones repetidas de rayos X. Los datos del NICER mostraron que AT2019qiz entra en erupción aproximadamente cada 48 horas. Las observaciones del Swift y del telescopio AstroSat de la India consolidaron el hallazgo.
Los datos ultravioleta del Hubble, obtenidos al mismo tiempo que las observaciones del Chandra, permitieron a los científicos determinar el tamaño del disco que rodea al agujero negro supermasivo. Descubrieron que el disco se había vuelto lo suficientemente grande como para que, si algún objeto estuviera orbitando alrededor del agujero negro con un período de aproximadamente una semana o menos, colisionaría con el disco y provocaría erupciones.
“Este es un gran avance en nuestra comprensión del origen de estas erupciones regulares”, dijo Andrew Mummery de la Universidad de Oxford. “Ahora nos damos cuenta de que necesitamos esperar unos años para que las erupciones se activen después de que una estrella se haya desgarrado, porque el disco tarda un tiempo en expandirse lo suficiente como para encontrarse con otra estrella”.
Este resultado tiene implicaciones para la búsqueda de más erupciones cuasi periódicas asociadas con perturbaciones de marea. Encontrar más de estas permitiría a los astrónomos medir la prevalencia y las distancias de los objetos en órbitas cercanas alrededor de agujeros negros supermasivos. Algunos de estos pueden ser excelentes objetivos para los futuros observatorios de ondas gravitacionales planificados. Las misiones de la NASA son parte de una red mundial en crecimiento de misiones con capacidades diferentes pero complementarias, que observan cambios como estos para resolver misterios sobre cómo funciona el universo.
El artículo que describe estos resultados fue publicado por primera vez en línea por Nature el 9 de octubre de 2024 y está disponible en https://arxiv.org/abs/2409.02181 . Aparecerá impreso en la edición del 24 de octubre de la revista.
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
Contacto de prensa:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts
617-496-7998
Lane Figuerora
Centro de vuelo espacial Marshall, Huntsville, Alabama
256-544-0034
Publicado en Chandra el 9 de octubre del 2024, enlace publicación.
