En el centro de una galaxia distante casi 300 millones de años luz de la Tierra, Los científicos han descubierto un agujero negro supermasivo que se está "asfixiando" por una afluencia repentina de escombros estelares.

En un artículo publicado hoy en Cartas de revistas astrofísicas , investigadores del MIT, Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, y en otros lugares informan sobre un "destello de disrupción de las mareas", un estallido dramático de actividad electromagnética que ocurre cuando un agujero negro destruye una estrella cercana. La llamarada se descubrió por primera vez el 11 de noviembre. 2014, y desde entonces, los científicos han entrenado una variedad de telescopios en el evento para aprender más sobre cómo crecen y evolucionan los agujeros negros.

El equipo dirigido por el MIT examinó los datos recopilados por dos telescopios diferentes e identificó un patrón curioso en la energía emitida por la llamarada:cuando el polvo de la estrella destruida cayó en el agujero negro, los investigadores observaron pequeñas fluctuaciones en las bandas óptica y ultravioleta (UV) del espectro electromagnético. Este mismo patrón se repitió 32 días después, esta vez en la banda de rayos X.

Los investigadores utilizaron simulaciones del evento realizadas por otros para inferir que tales "ecos" de energía se produjeron a partir del siguiente escenario:cuando una estrella migró cerca del agujero negro, fue rápidamente destrozado por la energía gravitacional del agujero negro. Los restos estelares resultantes, girando cada vez más cerca del agujero negro, chocó consigo mismo, emitiendo ráfagas de luz óptica y ultravioleta en los sitios de colisión. A medida que se tiraba más hacia adentro, los escombros que chocaban se calentaron, produciendo destellos de rayos X, en el mismo patrón que las ráfagas ópticas, justo antes de que los escombros cayeran en el agujero negro.

"En esencia, este agujero negro no ha tenido mucho de qué alimentarse durante un tiempo, y de repente llega una estrella infortunada llena de materia, "dice Dheeraj Pasham, primer autor del artículo y postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Lo que estamos viendo es este material estelar no solo se alimenta continuamente al agujero negro, pero está interactuando consigo mismo:se detiene y se va, parar y seguir. Esto nos está diciendo que el agujero negro se está 'ahogando' con este suministro repentino de escombros estelares ".

Los coautores de Pasham incluyen el postdoctorado de MIT Kavli, Aleksander Sadowski, e investigadores del Goddard Space Flight Center de la NASA, la Universidad de Maryland, el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, Universidad de Colombia, y la Universidad Johns Hopkins.

Un avistamiento "afortunado"

Pasham dice que las erupciones de disrupción de las mareas son una ventana potencial a los muchos agujeros negros "ocultos" del universo, que no se están acumulando activamente, o alimentándose de material.

"Casi todas las galaxias masivas contienen un agujero negro supermasivo, "Dice Pasham." Pero no sabremos de ellos si están sentados sin hacer nada, a menos que haya un evento como una erupción de interrupción de las mareas ".

Tales llamaradas ocurren cuando una estrella, migrando cerca de un agujero negro, se separa de la inmensa energía gravitacional del agujero negro. Esta obliteración estelar puede emitir increíbles ráfagas de energía a lo largo del espectro electromagnético, de la banda de radio, a través de las longitudes de onda ópticas y UV, y a través de las bandas de rayos X y rayos gamma de alta energía. Tan extremos como son, las erupciones de interrupción de las mareas son difíciles de observar, ya que ocurren con poca frecuencia.

"Tendrías que mirar una galaxia durante aproximadamente 10, 000 a 100, 000 años para ver una estrella interrumpida por el agujero negro en el centro, "Dice Pasham.

Sin embargo, el 11 de noviembre, 2014, una red global de telescopios robóticos llamada ASASSN (All Sky Automated Survey para SuperNovae) recogió señales de una posible erupción de interrupción de las mareas de una galaxia a 300 millones de años luz de distancia. Los científicos enfocaron rápidamente otros telescopios en el evento, incluido el telescopio de rayos X a bordo del satélite Swift de la NASA, una nave espacial en órbita que escanea el cielo en busca de ráfagas de energía extremadamente alta.

"Sólo recientemente los telescopios han comenzado a 'hablar' entre sí, y para este evento en particular tuvimos suerte porque mucha gente estaba lista para él, "Dice Pasham." Simplemente resultó en una gran cantidad de datos ".

Una colisión de luz

Con acceso a estos datos, Pasham y sus colegas querían resolver un antiguo misterio:¿Dónde surgieron por primera vez los estallidos de luz de una llamarada? Usando modelos de dinámica de agujeros negros, Los científicos han podido estimar que cuando un agujero negro destroza una estrella, el destello de disrupción de las mareas resultante puede producir emisiones de rayos X muy cerca del agujero negro. Pero ha sido difícil determinar el origen de las emisiones ópticas y ultravioleta. Hacerlo sería un paso adicional hacia la comprensión de lo que sucede cuando una estrella se interrumpe.

"Los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas crecen in situ, "Dice Pasham." Saber exactamente lo que sucede en las erupciones de disrupción de las mareas podría ayudarnos a comprender este proceso de coevolución de los agujeros negros y las galaxias ".

Los investigadores estudiaron los primeros 270 días después de la detección de la erupción de interrupción de las mareas, llamado ASASSN-14li. En particular, analizaron datos de rayos X y ópticos / UV tomados por el satélite Swift y el Observatorio Las Cumbres Global

Telescopio. Identificaron fluctuaciones, o ráfagas, en la banda de rayos X:dos picos anchos (uno alrededor del día 50, y el otro alrededor del día 110) seguido de una pequeña caída alrededor del día 80. Identificaron este mismo patrón en los datos ópticos / UV unos 32 días antes.

Para explicar estos ecos de emisión, "El equipo realizó simulaciones de un destello de disrupción de marea producido por un agujero negro que destruye una estrella. Los investigadores modelaron el disco de acreción resultante, un disco elíptico de escombros estelares girando alrededor del agujero negro, junto con su velocidad probable, radio, y tasa de caída, o la velocidad a la que el material cae sobre el agujero negro.

De simulaciones realizadas por otros, los investigadores concluyen que las explosiones ópticas y ultravioleta probablemente se originaron a partir de la colisión de escombros estelares en el perímetro exterior del agujero negro. A medida que este material en colisión circula más cerca del agujero negro, se calienta eventualmente emitiendo emisiones de rayos X, que puede quedarse atrás de las emisiones ópticas, similar a lo que los científicos observaron en los datos.

"Para los agujeros negros supermasivos que se acumulan constantemente, no esperarías que ocurriera este atragantamiento, "Dice Pasham." El material alrededor del agujero negro estaría rotando lentamente y perdiendo algo de energía con cada órbita circular. Pero eso no es lo que está pasando aquí. Debido a que tiene una gran cantidad de material cayendo sobre el agujero negro, está interactuando consigo mismo, cayendo de nuevo, e interactuar de nuevo. Si hay más eventos en el futuro, tal vez podamos ver si esto es lo que sucede con otras erupciones de interrupción de las mareas ".