El 11 de noviembre 2014, una red global de telescopios recogió señales de 300 millones de años luz de distancia que fueron creadas por una llamarada disruptiva de marea, una explosión de energía electromagnética que ocurre cuando un agujero negro destroza una estrella que pasa. Desde este descubrimiento, Los astrónomos han entrenado a otros telescopios en este evento muy raro para aprender más sobre cómo los agujeros negros devoran la materia y regulan el crecimiento de las galaxias.

Los científicos del MIT y la Universidad Johns Hopkins han detectado señales de radio del evento que coinciden muy de cerca con las emisiones de rayos X producidas por la misma llamarada 13 días antes. Creen que estos ecos de radio "que son más del 90 por ciento similares a las emisiones de rayos X del evento, son más que una coincidencia pasajera. En lugar de, parecen ser evidencia de un chorro gigante de partículas altamente energéticas que salen del agujero negro a medida que cae material estelar.

Dheeraj Pasham, un postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dice que los patrones muy similares sugieren que la potencia del chorro que sale del agujero negro está controlada de alguna manera por la velocidad a la que el agujero negro se alimenta de la estrella borrada.

"Esto nos dice que la velocidad de alimentación del agujero negro está controlando la fuerza del chorro que produce, "Dice Pasham." Un agujero negro bien alimentado produce un chorro fuerte, mientras que un agujero negro desnutrido produce un chorro débil o ningún chorro. Esta es la primera vez que vemos un chorro controlado por un agujero negro supermasivo que se alimenta ".

Pasham dice que los científicos han sospechado que los chorros de agujeros negros funcionan con su tasa de acreción, pero nunca han podido observar esta relación a partir de un solo evento.

"Solo puedes hacer esto con estos eventos especiales en los que el agujero negro está sentado allí sin hacer nada, y de repente aparece una estrella, dándole mucho combustible para alimentarse, "Dice Pasham." Esa es la oportunidad perfecta para estudiar esas cosas desde cero, esencialmente."

Pasham y su colaborador, Sjoert van Velzen de la Universidad Johns Hopkins, informan de sus resultados en un artículo publicado esta semana en el Diario astrofísico .

Listo para el debate

Basado en modelos teóricos de la evolución de los agujeros negros, combinado con observaciones de galaxias distantes, Los científicos tienen una comprensión general de lo que sucede durante un evento de interrupción de las mareas:cuando una estrella pasa cerca de un agujero negro, La atracción gravitacional del agujero negro genera fuerzas de marea en la estrella, similar a la forma en que la luna agita las mareas en la Tierra.

Sin embargo, Las fuerzas gravitacionales de un agujero negro son tan inmensas que pueden interrumpir la estrella, estirándolo y aplanándolo como un panqueque y eventualmente haciendo pedazos la estrella. Como resultado, una lluvia de escombros estelares llueve y queda atrapada en un disco de acreción, un remolino de material cósmico que eventualmente se canaliza hacia el agujero negro y lo alimenta.

Todo este proceso genera colosales ráfagas de energía en todo el espectro electromagnético. Los científicos han observado estas explosiones en la óptica, ultravioleta, y bandas de rayos X, y también ocasionalmente en el extremo radioeléctrico del espectro. Se cree que la fuente de las emisiones de rayos X es material ultracaliente en las regiones más internas del disco de acreción, que está a punto de caer en el agujero negro. Es probable que las emisiones ópticas y ultravioleta provengan de material más alejado del disco, que eventualmente será arrastrado al agujero negro.

Sin embargo, lo que da lugar a las emisiones de radio durante una erupción por interrupción de las mareas ha sido objeto de debate.

"Sabemos que las ondas de radio provienen de electrones realmente energéticos que se mueven en un campo magnético; ese es un proceso bien establecido, "Dice Pasham." El debate ha sido, ¿De dónde vienen estos electrones realmente energéticos? "

Algunos científicos proponen que, en los momentos posteriores a la explosión estelar, una onda de choque se propaga hacia afuera y energiza las partículas de plasma en el medio circundante, en un proceso que a su vez emite ondas de radio. En tal escenario, el patrón de las ondas de radio emitidas se vería radicalmente diferente al patrón de los rayos X producidos por la caída de los escombros estelares.

"Lo que encontramos básicamente desafía este paradigma, "Dice Pasham.

Un patrón cambiante

Pasham y van Velzen examinaron los datos registrados de una erupción de interrupción de las mareas descubierta en 2014 por la red global de telescopios ASASSN (All-sky Automated Survey for Supernovae). Poco después del descubrimiento inicial, múltiples telescopios electromagnéticos enfocados en el evento, que los astrónomos acuñaron ASASSN-14li. Pasham y van Velzen examinaron los datos de radio de tres telescopios del evento durante 180 días.

Los investigadores examinaron los datos de radio compilados y descubrieron un claro parecido con los patrones que habían observado previamente en los datos de rayos X del mismo evento. Cuando encajan los datos de radio sobre los datos de rayos X, y movió los dos para comparar sus similitudes, encontraron que los conjuntos de datos eran muy similares, con un 90 por ciento de semejanza, cuando se cambia por 13 días. Es decir, the same fluctuations in the X-ray spectrum appeared 13 days later in the radio band.

"The only way that coupling can happen is if there is a physical process that is somehow connecting the X-ray-producing accretion flow with the radio-producing region, " Pasham says.

From this same data, Pasham and van Velzen calculated the size of the X-ray-emitting region to be about 25 times the size of the sun, while the radio-emitting region was about 400, 000 times the solar radius.

"It's not a coincidence that this is happening, " Pasham says. "Clearly there's a causal connection between this small region producing X-rays, and this big region producing radio waves."

The team proposes that the radio waves were produced by a jet of high-energy particles that began to stream out from the black hole shortly after the black hole began absorbing material from the exploded star. Because the region of the jet where these radio waves first formed was incredibly dense (tightly packed with electrons), a majority of the radio waves were immediately absorbed by other electrons.

It was only when electrons traveled downstream of the jet that the radio waves could escape—producing the signal that the researchers eventually detected. Por lo tanto, ellos dicen, the strength of the jet must be controlled by the accretion rate, or the speed at which the black hole is consuming X-ray-emitting stellar debris.

Por último, the results may help scientists better characterize the physics of jet behavior—an essential ingredient in modeling the evolution of galaxies. It's thought that galaxies grow by producing new stars, a process that requires very cold temperatures. When a black hole emits a jet of particles, it essentially heats up the surrounding galaxy, putting a temporary stop on stellar production. Pasham says the team's new insights into jet production and black hole accretion may help to simplify models of galaxy evolution.

"If the rate at which the black hole is feeding is proportional to the rate at which it's pumping out energy, and if that really works for every black hole, it's a simple prescription you can use in simulations of galaxy evolution, " Pasham says. "So this is hinting toward some bigger picture."

This story is republished courtesy of MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), a popular site that covers news about MIT research, innovation and teaching.