Cuando una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro supermasivo, las fuerzas de las mareas lo desgarran, produciendo una llamarada brillante de radiación cuando el material de la estrella cae en el agujero negro. Los astrónomos estudian la luz de estos "eventos de interrupción de las mareas" (TDE) en busca de pistas sobre el comportamiento de alimentación de los agujeros negros supermasivos que acechan en los centros de las galaxias.

Nuevas observaciones de TDE dirigidas por astrónomos en UC Santa Cruz ahora proporcionan evidencia clara de que los escombros de la estrella forman un disco giratorio. llamado disco de acreción, alrededor del agujero negro. Los teóricos han estado debatiendo si un disco de acreción se puede formar de manera eficiente durante un evento de interrupción de las mareas, y los nuevos hallazgos, aceptado para su publicación en el Diario astrofísico y disponible en línea, debería ayudar a resolver esa pregunta, dijo la primera autora Tiara Hung, investigador postdoctoral en UC Santa Cruz.

"En la teoría clásica, la bengala TDE funciona con un disco de acreción, produciendo rayos X desde la región interior donde el gas caliente entra en espiral hacia el agujero negro, "Hung dijo." Pero para la mayoría de los TDE, no vemos rayos X, en su mayoría brillan en las longitudes de onda ultravioleta y óptica, por lo que se sugirió que, en lugar de un disco, estamos viendo emisiones de la colisión de corrientes de escombros estelares ".

Coautores Enrico Ramirez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica en UCSC, y Jane Dai de la Universidad de Hong Kong desarrollaron un modelo teórico, publicado en 2018, eso puede explicar por qué los rayos X generalmente no se observan en los TDE a pesar de la formación de un disco de acreción. Las nuevas observaciones brindan un fuerte apoyo a este modelo.

"Esta es la primera confirmación sólida de que se forman discos de acreción en estos eventos, incluso cuando no vemos radiografías, ", Dijo Ramírez-Ruiz." La región cercana al agujero negro está oscurecida por un viento ópticamente denso, para que no veamos las emisiones de rayos X, pero vemos luz óptica de un disco elíptico extendido ".

Evidencia reveladora

La evidencia reveladora de un disco de acreción proviene de observaciones espectroscópicas. Coautor Ryan Foley, profesor asistente de astronomía y astrofísica en UCSC, y su equipo comenzó a monitorear el TDE (llamado AT 2018hyz) después de que fuera detectado por primera vez en noviembre de 2018 por All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). Foley notó un espectro inusual mientras observaba el TDE con el Telescopio Shane de 3 metros en el Observatorio Lick de UC la noche del 1 de enero. 2019.

"Me quedé boquiabierto, e inmediatamente supe que esto iba a ser interesante, ", dijo." Lo que se destacó fue la línea de hidrógeno, la emisión de gas hidrógeno, que tenía un perfil de dos picos que no se parecía a ningún otro TDE que habíamos visto ".

Foley explicó que el doble pico en el espectro resulta del efecto Doppler, que cambia la frecuencia de la luz emitida por un objeto en movimiento. En un disco de acreción que gira en espiral alrededor de un agujero negro y se ve en ángulo, parte del material se moverá hacia el observador, por lo que la luz que emite se cambiará a una frecuencia más alta, y parte del material se alejará del observador, su luz cambió a una frecuencia más baja.

"Es el mismo efecto que hace que el sonido de un automóvil en una pista de carreras cambie de un tono alto cuando el automóvil se acerca a usted a un tono más bajo cuando pasa y comienza a alejarse de usted. "Dijo Foley." Si estás sentado en las gradas, los autos en una vuelta se mueven hacia usted y los autos en la otra vuelta se alejan de usted. En un disco de acreción, el gas se mueve alrededor del agujero negro de manera similar, y eso es lo que da los dos picos en el espectro ".

El equipo continuó recopilando datos durante los siguientes meses, observando el TDE con varios telescopios a medida que evolucionaba con el tiempo. Hung dirigió un análisis detallado de los datos, lo que indica que la formación del disco tuvo lugar relativamente rápido, en cuestión de semanas después de la ruptura de la estrella. Los hallazgos sugieren que la formación de discos puede ser común entre los TDE detectados ópticamente a pesar de la rareza de la emisión de doble pico. que depende de factores como la inclinación del disco en relación con los observadores.

"I think we got lucky with this one, " Ramirez-Ruiz said. "Our simulations show that what we observe is very sensitive to the inclination. There is a preferred orientation to see these double-peak features, and a different orientation to see x-ray emissions."

He noted that Hung's analysis of multi-wavelength follow-up observations, including photometric and spectroscopic data, provides unprecedented insights into these unusual events. "When we have spectra, we can learn a lot about the kinematics of the gas and get a much clearer understanding of the accretion process and what is powering the emissions, " Ramirez-Ruiz said.

In addition to Hung, Foley, Ramirez-Ruiz, and other members of the UCSC team, the coauthors of the paper also include scientists at the Niels Bohr Institute in Copenhagen (where Ramirez-Ruiz holds a Niels Bohr Professorship); Universidad de Hong Kong; University of Melbourne, Australia; Carnegie Institution for Science; and Space Telescope Science Institute.

Observations were obtained at Lick Observatory, the W. M. Keck Observatory, the Southern Astrophysical Research (SOAR) telescope, and the Swope Telescope at Las Campanas Observatory in Chile. This work was supported in part by the National Science Foundation, the Gordon and Betty Moore Foundation, the David and Lucile Packard Foundation, and the Heising-Simons Foundation.