Agujeros negros atrapados “tragando” estrellas.
Hasta hace unos años, los astrónomos habían visto solo un puñado de evento de interrupción de las mareas (TDE, Tidal Disruption Event). Pero ahora, una nueva generación de encuestas de campo amplio está captando más de ellas poco después de que comiencen, lo que proporciona nuevas ideas sobre los eventos violentos y la población oculta de agujeros negros que los impulsa.
En el centro de casi todas las galaxias, se encuentra un agujero negro gigante, millones o incluso miles de millones de veces más pesado que el Sol. Algunos, conocidos como quásares o núcleos galácticos activos, brillan intensamente en todo el universo mientras devoran continuamente el gas circundante. Pero la mayoría está inactiva, acechando invisiblemente durante miles de años, hasta que una estrella pasa demasiado cerca y se hace trizas. Eso desencadena un evento de interrupción de las mareas (TDE) de un mes de duración, que puede brillar tanto como una supernova.
“Todavía estamos en las trincheras, tratando de entender los mecanismos físicos que impulsan estas emisiones”
Dice Suvi Gezari, de la Universidad de Maryland, College Park.
A principios de este mes en la reunión anual de la American Astronomical Society en Honolulu, Gezari presentó un análisis de 39 TDE: 22 de los últimos años y 17 detectados en los primeros 18 meses de operación de la Zwicky Transient Facility (ZTF), un medidor de 1.2 metros telescopio de estudio en California.
En la imagen estándar de TDE, la gravedad del agujero negro tritura una estrella que se aproxima en hebras como espagueti. El agujero negro se traga inmediatamente la mitad de la materia de la estrella mientras que el resto se arquea en largas serpentinas. Estos retroceden rápidamente y se asientan en un disco de acreción que alimenta constantemente el material hacia el agujero negro, y se calienta tanto que emite abundantes rayos X.
Un satélite de mapeo de rayos X detectó los primeros TDE en la década de 1990. Ahora, los estudios ópticos como el ZTF están captando los eventos que cambian rápidamente y capturando detalles reveladores del brillo visible. También están alertando a otros observatorios, como el telescopio Swift de la NASA, para hacer observaciones de seguimiento en las longitudes de onda ultravioleta y de rayos X.
Las huellas digitales de ciertos gases en los espectros de la luz visible pueden revelar qué tipo de estrella bajó por las fauces del agujero negro. Gezari y sus colegas descubrieron que los espectros de TDE se dividían en tres clases, dominadas por hidrógeno, helio o una mezcla de gases. Es probable que el hidrógeno señale estrellas grandes y jóvenes, mientras que los eventos de helio podrían señalar los núcleos de estrellas más viejas cuyas capas de hidrógeno fueron eliminadas, tal vez por un roce anterior con el agujero negro. Ella dice que las proporciones revelan algo sobre las poblaciones de estrellas en los centros de las galaxias, a distancias de la Tierra que de otra manera serían imposibles de investigar.
Si los astrónomos pudieran convertir la luz en una lectura de la rapidez con que se absorbe el material, podrían determinar la masa de un agujero negro, algo que generalmente se calcula de manera cruda midiendo el tamaño de su galaxia.
“Necesitamos entender la astrofísica del proceso con mayor claridad”.
Dice Tsvi Piran, de la Universidad Hebrea de Jerusalén.
Piran cree que es más probable que los rayos X se generen en ráfagas, ya que los grumos de materia caen en el agujero negro. De cualquier manera, los astrónomos no están listos para extraer la masa de un agujero negro del brillo de un TDE.
Durante algunos TDE, los astrónomos han podido comparar el aumento y la caída del resplandor visible con las mediciones de rayos X realizadas desde el espacio, y de manera desconcertante, los dos no coinciden. Las radiografías a menudo se ensanchan de manera irregular, aparecen tarde o están ausentes por completo.
“Los rayos X podrían ser estables pero oscurecidos por una nube de gas, cientos de veces más grande que el agujero negro, que se forma a partir de una acumulación de material”. […] “Es como si el agujero negro tuviera indigestión porque come demasiado y demasiado rápido”.
Dice Kate Alexander, del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica.
La teoría sugiere que los agujeros negros pueden volverse demasiado masivos para desencadenar TDE. Por encima de una masa de 100 millones de soles, los agujeros negros deberían tragarse las estrellas enteras en lugar de desgarrarlas a medida que se acercan. Hasta ahora, todo el número creciente de TDE proviene de galaxias más pequeñas, lo que sugiere que el límite es real.
Los TDE incluso podrían proporcionar una ventana a una característica de agujero negro más difícil de alcanzar: su giro. Dheeraj Pasham, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, ha estudiado las emisiones de rayos X suaves de tres TDE que pulsan en latidos semirregulares. Él dice que se han observado latidos similares de mayor frecuencia provenientes de agujeros negros de masa estelar más pequeños, y sospecha que la pulsación refleja el giro del agujero negro. Las restricciones sobre esta propiedad podrían ayudar a resolver un misterio perdurable: si los agujeros negros gigantes se forman al acumular lentamente materia estelar durante su vida útil, un proceso que se espera produzca un giro rápido, o al fusionarse con los agujeros negros gigantes de otros núcleos galácticos, lo que resultaría en un giro más lento. Una encuesta de rayos X de muchos TDE podría revelar qué proceso domina.
“Mi sueño es que los TDE sean algún tipo de regla o escala para la masa de agujeros negros”. […] “Todavía no hemos llegado, pero nos estamos acercando”.
Dice Suvi Gezari, de la Universidad de Maryland, College Park.
Con el recuento de TDE capturados que crece rápidamente, y se esperan cientos o incluso miles de descubrimientos por año a partir de nuevas encuestas, los investigadores esperan que los eventos respondan más preguntas.