El 9 de septiembre 2018, Los astrónomos vieron un destello de una galaxia a 860 millones de años luz de distancia. La fuente fue un agujero negro supermasivo de aproximadamente 50 millones de veces la masa del sol. Normalmente tranquilo, el gigante gravitacional se despertó repentinamente para devorar una estrella que pasaba en un caso raro conocido como evento de interrupción de las mareas. Mientras los escombros estelares caían hacia el agujero negro, liberó una enorme cantidad de energía en forma de luz.

Investigadores del MIT, el Observatorio Europeo Austral, y en otros lugares usó múltiples telescopios para vigilar el evento, etiquetado AT2018fyk. Para su sorpresa, observaron que a medida que el agujero negro supermasivo consumía la estrella, exhibió propiedades que eran similares a las de mucho más pequeño, agujeros negros de masa estelar.

Los resultados, publicado hoy en el Revista astrofísica, sugieren que la acreción, o la forma en que los agujeros negros evolucionan a medida que consumen material, es independiente de su tamaño.

"Hemos demostrado que, si has visto un agujero negro, los has visto a todos, en un sentido, "dice el autor del estudio Dheeraj" DJ "Pasham, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Cuando les arrojas una bola de gas, todos parecen hacer más o menos lo mismo. Son la misma bestia en términos de su acreción ".

Los coautores de Pasham incluyen al científico investigador principal Ronald Remillard y al ex estudiante de posgrado Anirudh Chiti en el MIT, junto con investigadores del Observatorio Europeo Austral, Universidad de Cambridge, Universidad de Leiden, Universidad de Nueva York, la Universidad de Maryland, Universidad Curtin, la Universidad de Amsterdam, y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Un despertar estelar

Cuando pequeños agujeros negros de masa estelar con una masa de aproximadamente 10 veces la de nuestro sol emiten un estallido de luz, a menudo es en respuesta a una afluencia de material de una estrella compañera. Este estallido de radiación desencadena una evolución específica de la región alrededor del agujero negro. De la quietud, un agujero negro pasa a una fase "blanda" dominada por un disco de acreción a medida que el material estelar se introduce en el agujero negro. A medida que desciende la cantidad de material que afluye, pasa de nuevo a una fase "dura" en la que una corona al rojo vivo se hace cargo. El agujero negro finalmente vuelve a establecerse en una quietud constante, y todo este ciclo de acreción puede durar de unas semanas a meses.

Los físicos han observado este ciclo de acreción característico en múltiples agujeros negros de masa estelar durante varias décadas. Pero para los agujeros negros supermasivos, se pensó que este proceso llevaría demasiado tiempo para capturar por completo, como estos goliats son normalmente herbívoros, alimentándose lentamente de gas en las regiones centrales de una galaxia.

"Este proceso ocurre normalmente en escalas de tiempo de miles de años en agujeros negros supermasivos, "Dice Pasham." Los humanos no pueden esperar tanto tiempo para capturar algo como esto ".

Pero todo este proceso se acelera cuando un agujero negro experimenta un repentino, gran afluencia de material, como durante un evento de interrupción de las mareas, cuando una estrella se acerca lo suficiente como para que un agujero negro pueda rasgarla en pedazos.

"En un evento de interrupción de las mareas, todo es brusco, "Dice Pasham." Te lanzan un trozo de gas repentino, y el agujero negro se despierta de repente, y es como, 'whoa, hay tanta comida, déjame comer, come, comer hasta que se acabe. Entonces, experimenta todo en un corto período de tiempo. Eso nos permite sondear todas estas diferentes etapas de acreción que la gente ha conocido en los agujeros negros de masa estelar ".

Un ciclo supermasivo

En septiembre de 2018, el All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASASSN) recogió señales de un destello repentino. Posteriormente, los científicos determinaron que la llamarada fue el resultado de un evento de interrupción de las mareas que involucró a un agujero negro supermasivo, que etiquetaron TDE AT2018fyk. Wevers, Pasham, y sus colegas saltaron a la alerta y pudieron dirigir múltiples telescopios, cada uno entrenado para mapear diferentes bandas del espectro ultravioleta y de rayos X, hacia el sistema.

El equipo recopiló datos durante dos años, utilizando los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton y el Observatorio de rayos X Chandra, así como NICER, el instrumento de monitoreo de rayos X a bordo de la Estación Espacial Internacional, y el Observatorio Swift, junto con radiotelescopios en Australia.

"Capturamos el agujero negro en estado blando con un disco de acreción formándose, y la mayor parte de la emisión en ultravioleta, con muy pocos en la radiografía, "Dice Pasham." Entonces el disco colapsa, la corona se hace más fuerte, y ahora es muy brillante en rayos X. Eventualmente no hay mucho gas de qué alimentarse, y la luminosidad general cae y vuelve a niveles indetectables ".

Los investigadores estiman que el agujero negro interrumpió mareamente una estrella del tamaño de nuestro sol. En el proceso, generó un enorme disco de acreción, unos 12 mil millones de kilómetros de ancho, y emitieron gas que estimaron en unos 40, 000 Kelvin, o más de 70, 000 grados Fahrenheit. A medida que el disco se volvía más débil y menos brillante, una corona de compacto, Los rayos X de alta energía se convirtieron en la fase dominante alrededor del agujero negro antes de desaparecer finalmente.

"La gente ha sabido que este ciclo ocurre en agujeros negros de masa estelar, que son solo alrededor de 10 masas solares. Ahora estamos viendo esto en algo 5 millones de veces más grande, "Dice Pasham.

“La perspectiva más emocionante para el futuro es que tales eventos de interrupción de las mareas brindan una ventana a la formación de estructuras complejas muy cercanas al agujero negro supermasivo, como el disco de acreción y la corona, "dice el autor principal Thomas Wevers, miembro del Observatorio Europeo Austral. "Al estudiar cómo se forman e interactúan estas estructuras en el entorno extremo que sigue a la destrucción de una estrella, Es de esperar que podamos empezar a comprender mejor las leyes físicas fundamentales que gobiernan su existencia ".

Además de mostrar que los agujeros negros experimentan acreción de la misma manera, independientemente de su tamaño, los resultados representan solo la segunda vez que los científicos han captado la formación de una corona de principio a fin.

"Una corona es una entidad muy misteriosa, y en el caso de los agujeros negros supermasivos, las personas han estudiado las coronas establecidas pero no saben cuándo o cómo se formaron, "Dice Pasham." Hemos demostrado que puede utilizar los eventos de interrupción de las mareas para capturar la formación de corona. Estoy emocionado de usar estos eventos en el futuro para descubrir qué es exactamente la corona ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.