Explosiones cósmicas de un azul brillante probablemente causadas por grandes agujeros negros que destruyen a sus compañeros masivos
Berkeley — Entre los fenómenos cósmicos más desconcertantes descubiertos en las últimas décadas se encuentran destellos breves y muy brillantes de luz azul y ultravioleta que se desvanecen gradualmente, dejando tras de sí débiles emisiones de rayos X y radio. Con poco más de una docena descubiertas hasta la fecha, los astrónomos han debatido si se producen por un tipo inusual de supernova o por la caída de gas interestelar en un agujero negro.
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| Créditos: X-ray: NASA/CXC/UC Berkeley/Nayana A. J. et al.; Optical: Legacy Surveys/DECaLS/BASS/MzLS; Image Processing: NASA/CXC/SAO/P. Edmonds and N. Wolk |
El análisis del estallido más brillante de este tipo descubierto hasta la fecha, el año pasado, muestra que no son ninguna de las dos cosas.
En cambio, un equipo de astrónomos dirigido por investigadores de la Universidad de California, Berkeley, concluyó que estos llamados transitorios ópticos azules rápidos luminosos (LFBOT, por su sigla en inglés) son causados por una disrupción de marea extrema, donde un agujero negro de hasta 100 veces la masa de nuestro Sol destruye completamente a su masiva estrella compañera en cuestión de días.
El descubrimiento resuelve un enigma de una década, pero también ilustra la gran variedad de calamidades estelares que enfrentan los astrónomos, cada una con su espectro de luz característico (diferentes longitudes de onda, diferentes intensidades) que evoluciona con el tiempo. Descifrar los procesos que producen estas firmas de luz únicas pone a prueba el conocimiento actual sobre la física de los agujeros negros y ayuda a los astrónomos a comprender la evolución de las estrellas en nuestro universo.
La masa inferida del agujero negro —en un rango a veces denominado agujeros negros de masa intermedia— también resulta intrigante para los astrónomos. Si bien se sabe que existen agujeros negros de más de 100 masas solares gracias a que sus fusiones se han detectado mediante experimentos de ondas gravitacionales como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), nunca se han observado directamente y su crecimiento hasta ese tamaño sigue siendo un misterio. El estudio de este y otros eventos similares podría arrojar luz sobre el entorno estelar en el que los grandes agujeros negros evolucionan junto a una compañera estelar masiva.
“Los teóricos han ideado muchas maneras de explicar cómo se forman estos grandes agujeros negros, para explicar lo que LIGO observa”, dijo Raffaella Margutti, profesora asociada de astronomía y física de la UC Berkeley. “Los LFBOT permiten abordar esta cuestión desde una perspectiva completamente diferente. También nos permiten caracterizar la ubicación precisa de estos objetos dentro de su galaxia anfitriona, lo que aporta más contexto para intentar comprender cómo llegamos a esta configuración: un agujero negro enorme y un compañero”.
Los LFBOT reciben su nombre por su brillo (visibles a distancias de cientos de millones a miles de millones de años luz) y su duración de tan solo unos días, produciendo luz de alta energía que abarca desde el extremo azul del espectro óptico hasta el ultravioleta y los rayos X. El primero se observó en 2014, pero el primero con datos suficientes para su análisis se registró en 2018 y, según la convención de nomenclatura estándar, se denominó AT 2018cow. Este nombre llevó a los investigadores a denominarlo Vaca, y los LFBOT posteriores se han denominado, irónicamente, Koala (ZTF18abvkwla), Demonio de Tasmania (AT2022tsd) y Pinzón (AT2023fhn).
El LFBOT más reciente, llamado AT 2024wpp (¿el Pájaro Carpintero, quizás?), se analiza en dos artículos recientemente aceptados por The Astrophysical Journal Letters. La becaria postdoctoral de UC Berkeley, Nayana AJ, es la primera autora de un análisis de las emisiones de rayos X y radio de AT 2024wpp, mientras que la estudiante de posgrado de Berkeley, Natalie LeBaron, es la primera autora de un análisis de las emisiones ópticas, ultravioleta e infrarrojas cercanas . Margutti es la autora principal de ambos artículos.
Los investigadores se dieron cuenta de que la explosión transitoria no pudo haber sido resultado de una supernova después de calcular la energía emitida. Esta resultó ser 100 veces mayor que la que produciría una supernova normal. La energía radiada requeriría la conversión de aproximadamente el 10 % de la masa en reposo del Sol en energía en un período muy breve de semanas.
“La enorme cantidad de energía radiada de estas explosiones es tan grande que no se pueden generar con el colapso y la explosión de una estrella masiva, ni con ningún otro tipo de explosión estelar normal”, dijo LeBaron. “El mensaje principal de AT 2024wpp es que el modelo inicial es erróneo. Definitivamente no está causado por una estrella en explosión”.
Los investigadores plantean la hipótesis de que la intensa luz de alta energía emitida durante esta perturbación de marea extrema fue consecuencia de la larga historia parásita del sistema binario de agujeros negros. Al reconstruir esta historia, el agujero negro había estado absorbiendo material de su compañero durante mucho tiempo, envolviéndose completamente en un halo de material demasiado alejado del agujero negro como para que este pudiera absorberlo.
Luego, cuando la estrella compañera finalmente se acercó demasiado y se desintegró, el nuevo material fue arrastrado a un disco giratorio de escombros, llamado disco de acreción, y chocó contra el material existente, generando rayos X, luz ultravioleta y azul. Gran parte del gas de la estrella compañera también terminó girando hacia los polos del agujero negro, donde fue expulsado en forma de chorro de material. Calcularon que los chorros viajaban a aproximadamente el 40 % de la velocidad de la luz y generaban ondas de radio al encontrarse con el gas circundante.
La masa estimada de la estrella compañera destrozada era más de diez veces la masa del Sol. Podría haber sido lo que se conoce como una estrella Wolf-Rayet, muy caliente y evolucionada, que ya había consumido gran parte de su hidrógeno. Esto explicaría la débil emisión de hidrógeno de AT 2024wpp.
Como la mayoría de los LFBOT, AT 2024wpp se encuentra en una galaxia con formación estelar activa, por lo que se esperan estrellas jóvenes y grandes como estas. AT 2024wpp se encuentra a 1100 millones de años luz de distancia y es entre 5 y 10 veces más luminoso que AT 2018cow.
Se utilizó una amplia colección de telescopios para medir las diversas longitudes de onda de la luz emitida por el LFBOT. Estos incluían tres telescopios de rayos X: el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Swift-XRT y el Conjunto de Telescopios Espectróscopicos Nucleares (NuSTAR); radiotelescopios como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Australia Telescope Compact Array (ATCA) de CSIRO; el Telescopio Ultravioleta/Óptico (UVOT) del Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA; y telescopios ópticos terrestres, como los Observatorios Keck, Lick y Gemini.
Dado que los LFBOT producen grandes cantidades de luz ultravioleta, los investigadores esperan con interés el lanzamiento en los próximos años de dos telescopios UV planificados: ULTRASAT y UVEX, en los que participan numerosos científicos de Berkeley y que serán operados por el Laboratorio de Ciencias Espaciales. Estos telescopios serán cruciales para descubrir y caracterizar rápidamente más LFBOT antes de que alcancen su brillo máximo, lo que permitirá a los astrónomos estudiar sistemáticamente la diversidad de sus entornos y sistemas progenitores.
“Actualmente, solo detectamos aproximadamente un LFBOT al año. Pero una vez que tengamos telescopios ultravioleta en el espacio, detectar LFBOT se convertirá en algo rutinario, como detectar los estallidos de rayos gamma hoy en día”, dijo Nayana AJ.
Margutti cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (AST-2224255) y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (80NSSC22K1587, 80NSSC25K7591, 80NSSC22K0898).
Contactos de prensa:
Raffaella Margutti
Universidad de California, Berkeley
Centro de rayos X Megan Watzke Chandra, Cambridge, Massachusetts
617-496-7998
Publicado en Chandra el 16 de diciembre del 2025, enlace publicación.
