Un agujero negro masivo ha destrozado una estrella y ahora está usando esos restos estelares para golpear otra estrella o un agujero negro más pequeño que solía estar fuera de peligro.
Este descubrimiento, realizado con el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios, ayuda a los astrónomos a vincular dos misterios donde anteriormente solo había indicios de una conexión.
En 2019, los astrónomos presenciaron la señal de una estrella que se acercó demasiado a un agujero negro y fue destruida por las fuerzas gravitacionales del agujero negro. Una vez destrozada, los restos de la estrella comenzaron a orbitar el agujero negro en un disco, en un tipo de cementerio estelar.
Sin embargo, con el paso de los años, este disco se ha expandido hacia afuera y ahora está directamente en el camino de una estrella, o posiblemente un agujero negro de masa estelar, que orbita el agujero negro masivo a una distancia previamente segura. La estrella en órbita ahora está chocando repetidamente contra el disco de escombros, aproximadamente una vez cada 48 horas, mientras orbita. Cuando lo hace, la colisión provoca ráfagas de rayos X que los astrónomos capturaron con Chandra.
Imaginen a un buzo entrando repetidamente en una piscina y creando una salpicadura cada vez que entra al agua, dijo Matt Nicholl de la Universidad de Queen en Belfast, Reino Unido, autor principal del estudio que aparece en Nature. La estrella en esta comparación es como el buzo y el disco es la piscina, y cada vez que la estrella golpea la superficie, crea una gran ‘salpicadura’ de gas y rayos X. A medida que la estrella orbita alrededor del agujero negro, lo hace una y otra vez.
Los científicos han documentado muchos casos en los que un objeto se acerca demasiado a un agujero negro y es destrozado en un solo estallido de luz. Los astrónomos llaman a estos eventos eventos de disrupción por marea (TDE, por sus siglas en inglés). En los últimos años, los astrónomos también han descubierto una nueva clase de destellos brillantes desde los centros de galaxias, que se detectan solo en rayos X y se repiten muchas veces. Estos eventos también están conectados con agujeros negros supermasivos, pero los astrónomos no podían explicar qué causaba las ráfagas semi-regulares de rayos X. Los denominaron erupciones cuasi-periódicas (QPE, por sus siglas en inglés).
El Dr. Adam Ingram, coautor del estudio y profesor titular de Astrofísica y URF de la Royal Society, Universidad de Newcastle, añadió: Las QPE han sido uno de los descubrimientos más intrigantes de los últimos 5 años. Son ráfagas muy agudas, de corta duración y recurrentes de rayos X que vemos provenientes de algunos agujeros negros supermasivos que están acumulando material.
Se ha puesto mucho esfuerzo en explicar cómo podrían ocurrir tales destellos de corta duración, y muchas teorías iniciales (incluida la mía) ya han sido descartadas. Estas nuevas observaciones nos dan una confirmación espectacular de que las QPE resultan de una estrella en órbita desgarrando un disco de acreción recién formado dos veces cada vez que orbita el agujero negro.
Nos dice con qué frecuencia las estrellas se ven atrapadas en la enorme gravedad de los agujeros negros supermasivos, y con qué frecuencia podemos esperar ver ondulaciones en el espacio-tiempo cuando el detector de ondas gravitacionales LISA sea lanzado al espacio en la década de 2030.
Había una especulación febril de que estos fenómenos estaban conectados, y ahora hemos descubierto la prueba de que lo están, dijo el coautor Dheeraj Pasham del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Es como obtener una oferta cósmica dos por uno en términos de resolver misterios.
Este evento de disrupción por marea, ahora conocido como AT2019qiz, fue descubierto por primera vez en 2019 por un telescopio óptico de campo amplio en el Observatorio Palomar, llamado Zwicky Transient Facility. En 2023, los astrónomos utilizaron tanto Chandra como el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para estudiar los escombros dejados después de que terminó la disrupción por marea.
Los datos de Chandra se obtuvieron durante tres observaciones diferentes, cada una separada por unas 4 a 5 horas. La exposición total de unas 14 horas de tiempo de Chandra reveló solo una señal débil en el primer y último fragmento, pero una señal muy fuerte en la observación intermedia.
A partir de ahí, Nicholl y sus colegas usaron el Explorador de Composición Interior de Estrellas de Neutrones (NICER) de la NASA para observar con frecuencia AT2019qiz en busca de ráfagas repetidas de rayos X. Los datos de NICER mostraron que AT2019qiz erupciona aproximadamente cada 48 horas. Las observaciones del Observatorio Swift de Neil Gehrels de la NASA y del telescopio AstroSat de la India confirmaron el hallazgo.
Los datos ultravioleta de Hubble, obtenidos al mismo tiempo que las observaciones de Chandra, permitieron a los científicos determinar el tamaño del disco alrededor del agujero negro supermasivo. Encontraron que el disco se había hecho lo suficientemente grande como para que, si algún objeto estuviera orbitando el agujero negro con un período de aproximadamente una semana o menos, colisionaría con el disco y provocaría erupciones.
Este es un gran avance en nuestra comprensión del origen de estas erupciones regulares, dijo Andrew Mummery de la Universidad de Oxford. Ahora nos damos cuenta de que necesitamos esperar algunos años para que las erupciones ‘se activen’ después de que una estrella haya sido destrozada, porque toma algo de tiempo para que el disco se extienda lo suficiente como para encontrar otra estrella.
Este resultado tiene implicaciones para la búsqueda de más erupciones cuasi-periódicas asociadas con disrupciones por marea. Encontrar más de estas permitiría a los astrónomos medir la prevalencia y las distancias de objetos en órbitas cercanas a agujeros negros supermasivos. Algunos de estos podrían ser excelentes objetivos para los futuros observatorios de ondas gravitacionales planificados.
FUENTES
Nicholl, M., Pasham, D.R., Mummery, A. et al. Quasi-periodic X-ray eruptions years after a nearby tidal disruption event. Nature (2024). doi.org/10.1038/s41586-024-08023-6
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