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Astrónomos atrapan a un agujero negro destrozando a una estrella

En enero de 2005 se detectó en el núcleo de la galaxia en proceso de fusión Arp 299-B (que se encuentra a una distancia de casi 150 millones de años luz de la Tierra) un brillante destello que se consideró una explosión supernova. Sin embargo, 10 años de observaciones en distintas longitudes de onda han permitido a los investigadores presenciar cómo la región luminosa se alargaba y expandía, y concluir que se trata de un chorro de material expulsado por el agujero negro supermasivo central de la galaxia tras desgarrar una estrella. Los resultados del estudio, que está liderado por Seppo Mattila de la Universidad de Turku (Finlandia) y por Miguel Pérez-Torres del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), se publicaron en la revista Science. En esta investigación, participó también Cristina Romero-Cañizales, investigadora postdoctoral del Núcleo de Astronomía UDP y del Centro para la Astronomía de la Academia China de Ciencias en Sudamérica (CASSACA), también asociada al Instituto Milenio de Astrofísica (MAS).

Los eventos de ruptura por mareas (TDEs, por sus siglas en inglés) implican la ruptura de una estrella por una agujero negro supermasivo. Esto ocurre cuando una estrella tiene la mala fortuna de entrar en la esfera de influencia del agujero negro. Los agujeros negros tienen un campo gravitacional tan intenso, que ni siquiera la luz puede escapar de ellos.

Según los modelos teóricos, aproximadamente la mitad del material estelar entrará en el disco de acrecimiento del agujero negro, y la otra parte será eyectada y devuelta al medio circundante. Ante la súbita disponibilidad de gran cantidad de material nuevo en su disco de acrecimiento, el agujero negro puede darse un gran festín, con fuegos artificiales incluidos. El acrecimiento de este material dará origen a un destello muy brillante que puede observarse durante meses o incluso años en diversas longitudes de onda, aunado a la formación de un chorro de material que se mueve a velocidades muy cercanas a la de la luz.

“Nunca antes se había podido observar directamente la formación y evolución de un chorro como consecuencia de este fenómeno”,

apunta Miguel Pérez-Torres.

Los TDEs son típicamente detectados por su emisión en rayos Gamma, rayos-X y en el óptico. Un censo de los TDEs descubiertos hasta hace algunos años, mostraba que galaxias que habían tenido períodos caracterizados por estallidos de formación estelar en el pasado, pero que ahora se encuentran en relativa calma y sin material suficiente para continuar formando estrellas, son las anfitrionas por preferencia de los TDEs.

El VIDEO muestra una animación artística del proceso que fue observado, junto con las imágenes reales. Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; NASA, STScI.

“El caso del TDE en Arp299-B es sumamente importante. No solamente representa el primer caso en que se capta directamente la formación de un chorro debido a un TDE, sino que además, es un TDE que ocurre en un ambiente bastante inesperado: el núcleo de una galaxia con alta formación estelar donde además hay grandes cantidades de gas y polvo. Este es también el primer TDE en ser detectado en longitudes de onda de radio e infrarrojo cercano, con prácticamente cero emisión en las longitudes de onda donde los TDEs son normalmente detectados  (rayos Gamma, rayos-X y en el óptico)” ,

apunta Cristina Romero-Cañizales, quien desde su incorporación al Núcleo de Astronomía UDP en 2016 ha estado trabajando en estos objetos, principalmente en colaboración con el equipo del All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN).

“Con el paso del tiempo, el nuevo objeto se mantuvo brillante en las longitudes de onda infrarroja y de radio, pero no en las longitudes de onda visibles y de rayos X. Esto se debe, probablemente, a la presencia de polvo denso (además de gas frío) presente en el centro de la galaxia, el cual absorbió los rayos X y la luz visible, los reprocesó y, a continuación los irradió nuevamente, pero en la banda infrarroja. Debido a que las regiones centrales de las galaxias contienen mucho polvo, que absorbe la luz en rayos X y óptico, es posible que estos sucesos sean mucho más habituales pero hayan pasado desapercibidos. El hallazgo en Arp 299-B podría ser la punta del iceberg, y muestra que si buscamos en infrarrojo o en radio podremos descubrir muchos más y aprender de ellos”,

concluye Seppo Mattila.

Los investigadores utilizaron el Telescopio Nórdico (NOT) en las Islas Canarias y el telescopio espacial Spitzer (NASA) para observar el objeto en el infrarrojo, y realizaron observaciones continuas con múltiples radiotelescopios, entre ellos las redes europea y estadounidense de interferometría de muy larga base (EVN y VLBA), que combina antenas separadas miles de kilómetros y logra una resolución equivalente a la que tendría un telescopio con el diámetro de la tierra.

Gracias a este seguimiento pudieron presenciar cómo el destello inicial se expandía en una dirección, tal como se esperaría para un chorro, a una velocidad de unos 75.000 kilómetros por segundo, un cuarto de la velocidad de la luz. Así pudieron descartarse otros posibles escenarios para el fenómeno, como el de la explosión de supernova, y afirmar el más probable: el agujero negro supermasivo de Arp 299-B, con unos veinte millones de masas solares, había desgarrado una estrella con entre dos y seis veces la masa del Sol.

Se cree que estos eventos fueron más comunes en el universo temprano, por lo que su estudio contribuye a entender el entorno en el que se desarrollaron las galaxias hace miles de millones de años. En el trabajo han colaborado investigadores de 26 instituciones internacionales.

* Referencia:

S. Mattila, M. Pérez-Torres et al. “A dust-enshrouded tidal disruption event with a resolved radio jet in a galaxy merger”. Science (2018). DOI: https://doi.org/10.1126/science.aao4669

* Fuentes:

JIVE Press Release – http://www.jive.eu/surprise-discovery-provides-new-insights-stellar-deaths

NRAO Press Release – https://public.nrao.edu/news/black-hole-destroys-star/

NASA/Spitzer Press release – https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7162