El 22 de noviembre 2014, Los astrónomos detectaron un evento raro en el cielo nocturno:un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia, casi 300 millones de años luz de la Tierra, desgarrando una estrella que pasa. El evento, conocido como destello de interrupción de las mareas, por el tirón masivo de la marea del agujero negro que desgarra una estrella, creó una explosión de actividad de rayos X cerca del centro de la galaxia. Desde entonces, una gran cantidad de observatorios han enfocado sus miras en el evento, con la esperanza de aprender más sobre cómo se alimentan los agujeros negros.

Ahora, los investigadores del MIT y otros lugares han analizado minuciosamente los datos de las observaciones del evento de múltiples telescopios, y descubrió un curiosamente intenso, estable, y pulso periódico, o señal, de radiografías, en todos los conjuntos de datos. La señal parece emanar de un área muy cercana al horizonte de sucesos del agujero negro, el punto más allá del cual el agujero negro traga material ineludiblemente. La señal parece iluminarse y desvanecerse periódicamente cada 131 segundos, y persiste durante al menos 450 días.

Los investigadores creen que cualquier cosa que emita la señal periódica debe estar orbitando el agujero negro, justo fuera del horizonte de eventos, cerca de la órbita circular estable más interior, o ISCO:la órbita más pequeña en la que una partícula puede viajar con seguridad alrededor de un agujero negro.

Dada la proximidad estable de la señal al agujero negro, y la masa del agujero negro, que los investigadores estimaron previamente en aproximadamente 1 millón de veces la del sol, el equipo ha calculado que el agujero negro gira a aproximadamente el 50 por ciento de la velocidad de la luz.

Los resultados, informó hoy en la revista Ciencias , son la primera demostración de un destello de interrupción de las mareas que se utiliza para estimar el giro de un agujero negro.

El primer autor del estudio, Dheeraj Pasham, un postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dice que la mayoría de los agujeros negros supermasivos están inactivos y no suelen emitir mucha radiación de rayos X. Solo ocasionalmente liberarán un estallido de actividad, como cuando las estrellas se acercan lo suficiente como para que los agujeros negros las devoren. Ahora él dice eso dados los resultados del equipo, Tales llamaradas de disrupción de mareas pueden usarse para estimar el giro de los agujeros negros supermasivos, una característica que ha sido, hasta ahora, increíblemente difícil de precisar.

"Los eventos en los que los agujeros negros destruyen estrellas que se acercan demasiado a ellos podrían ayudarnos a trazar el mapa de los giros de varios agujeros negros supermasivos que están inactivos y, por lo demás, ocultos en el centro de las galaxias. ", Dice Pasham." Esto podría ayudarnos en última instancia a comprender cómo evolucionaron las galaxias a lo largo del tiempo cósmico ".

Los coautores de Pasham incluyen a Ronald Remillard, Jeroen Homan, Deepto Chakrabarty, Frederick Baganoff, y James Steiner del MIT; Alessia Franchini de la Universidad de Nevada; Chris Fragile del College of Charleston; Nicholas Stone de la Universidad de Columbia; Eric Coughlin de la Universidad de California en Berkeley; y Nishanth Pasham, de Sunnyvale, California.

Una señal real

Los modelos teóricos de las erupciones por disrupción de las mareas muestran que cuando un agujero negro destroza una estrella, parte del material de esa estrella puede permanecer fuera del horizonte de eventos, dando vueltas por lo menos temporalmente, en una órbita estable como la CIUO, y emitiendo destellos periódicos de rayos X antes de ser finalmente alimentados por el agujero negro. La periodicidad de los destellos de rayos X codifica así información clave sobre el tamaño de la CIUO, que a su vez viene dictada por la rapidez con la que gira el agujero negro.

Pasham y sus colegas pensaron que si pudieran ver destellos tan regulares muy cerca de un agujero negro que había sufrido un evento reciente de interrupción de las mareas, estas señales podrían darles una idea de qué tan rápido giraba el agujero negro.

Centraron su búsqueda en ASASSN-14li, el evento de interrupción de las mareas que los astrónomos identificaron en noviembre de 2014, utilizando la encuesta automatizada All-Sky basada en tierra para SuperNovae (ASASSN).

"Este sistema es emocionante porque creemos que es un ejemplo de los brotes de interrupción de las mareas, "Dice Pasham." Este evento en particular parece coincidir con muchas de las predicciones teóricas ".

El equipo examinó conjuntos de datos archivados de tres observatorios que recopilaron mediciones de rayos X del evento desde su descubrimiento:el observatorio espacial XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, y los observatorios espaciales Chandra y Swift de la NASA. Pasham desarrolló previamente un código de computadora para detectar patrones periódicos en datos astrofísicos, aunque no específicamente para eventos de interrupción de las mareas. Decidió aplicar su código a los tres conjuntos de datos para ASASSN-14li, para ver si algún patrón periódico común saldría a la superficie.

Lo que observó fue un sorprendentemente fuerte, estable, y una explosión periódica de radiación de rayos X que parecía provenir de muy cerca del borde del agujero negro. La señal pulsaba cada 131 segundos, más de 450 días, y fue extremadamente intenso, alrededor de un 40 por ciento por encima del brillo medio de rayos X del agujero negro.

"Al principio no lo creía porque la señal era muy fuerte, "Dice Pasham." Pero lo vimos en los tres telescopios. Así que al final la señal era real ".

Según las propiedades de la señal, y la masa y el tamaño del agujero negro, el equipo estimó que el agujero negro gira al menos al 50 por ciento de la velocidad de la luz.

"Eso no es muy rápido, hay otros agujeros negros con giros estimados en cerca del 99 por ciento de la velocidad de la luz". "Dice Pasham." Pero esta es la primera vez que podemos usar llamaradas de disrupción de mareas para restringir los giros de los agujeros negros supermasivos ".

Iluminando lo invisible

Una vez que Pasham descubrió la señal periódica, Depende de los teóricos del equipo encontrar una explicación de lo que pudo haberlo generado. El equipo ideó varios escenarios, pero el que parece más probable que genere un impacto tan fuerte, El destello regular de rayos X implica no solo un agujero negro que destruye una estrella que pasa, pero también un tipo de estrella más pequeña, conocida como enana blanca, orbitando cerca del agujero negro.

Tal enana blanca pudo haber estado dando vueltas alrededor del agujero negro supermasivo, en la CIUO, la órbita circular estable más interna, durante algún tiempo. Solo, no habría bastado con emitir ningún tipo de radiación detectable. Para todos los efectos y propósitos, la enana blanca habría sido invisible para los telescopios mientras rodeaba el relativamente inactivo, agujero negro giratorio.

En algún momento alrededor del 22 de noviembre, 2014, una segunda estrella pasó lo suficientemente cerca del sistema que el agujero negro lo desgarró en un destello de disrupción de marea que emitió una enorme cantidad de radiación de rayos X, en forma de caliente, material estelar triturado. Mientras el agujero negro tiraba de este material hacia adentro, algunos de los escombros estelares cayeron en el agujero negro, mientras que algunos se quedaron afuera, en la órbita estable más interna, la misma órbita en la que giraba la enana blanca. Cuando la enana blanca entró en contacto con este material estelar caliente, probablemente lo arrastró como una especie de abrigo luminoso, iluminando a la enana blanca con una intensa cantidad de rayos X cada vez que rodeaba el agujero negro, cada 131 segundos.

Los científicos admiten que tal escenario sería increíblemente raro y solo duraría varios cientos de años como máximo:un abrir y cerrar de ojos en escalas cósmicas. Las posibilidades de detectar tal escenario serían extremadamente escasas.

"El problema con este escenario es que, si tienes un agujero negro con una masa 1 millón de veces mayor que la del sol, y una enana blanca lo rodea, luego, en algún momento de unos pocos cientos de años, la enana blanca se hundirá en el agujero negro, "Dice Pasham." Hubiéramos tenido mucha suerte de encontrar un sistema así. Pero al menos en términos de las propiedades del sistema, este escenario parece funcionar ".

La importancia fundamental de los resultados es que muestran que es posible restringir el giro de un agujero negro, de los eventos de interrupción de las mareas, según Pasham. Avanzando, espera identificar patrones estables similares en otros eventos de destrucción de estrellas, de los agujeros negros que residen más atrás en el espacio y el tiempo.

"En la próxima década, esperamos detectar más de estos eventos, "Dice Pasham." Estimar los espines de varios agujeros negros desde el principio de los tiempos hasta ahora sería valioso en términos de estimar si existe una relación entre el espín y la edad de los agujeros negros ".