Los agujeros negros son objetos confusos que llevan la física hasta sus límites. Los más masivos acechan en los centros de grandes galaxias como la nuestra. Dominan el centro galáctico, y cuando una estrella se acerca demasiado, la poderosa fuerza gravitacional del agujero negro destroza la estrella mientras se alimentan de ella. Ni siquiera las estrellas más masivas pueden resistir.
Pero los agujeros negros supermasivos (SMBH) no comenzaron siendo tan masivos. Alcanzaron su masa gigantesca acumulando material durante vastos lapsos de tiempo y fusionándose con otros agujeros negros.
Hay grandes vacíos en nuestra comprensión de cómo crecen y evolucionan los SMBH, y una forma en que los astrofísicos llenan esos vacíos es observando los agujeros negros mientras consumen estrellas.
Todo el mundo sabe que no podemos observar directamente los agujeros negros porque ni siquiera la luz puede escapar de ellos. Pero los agujeros negros ejercen un control casi total sobre su entorno inmediato y, a medida que doblan la materia cerca de ellos a su voluntad, esa materia crea un espectáculo de luz en múltiples longitudes de onda.
Los astrónomos tienen poderosas herramientas para observar toda esa luz. Uno de ellos es el NuSTAR de la NASA, el Conjunto de telescopios espectroscópicos nucleares. Es un telescopio espacial que se lanzó en 2012. Observa los rayos X de fuentes astrofísicas como SMBH.
NuSTAR desempeñó un papel fundamental en un nuevo estudio publicado en el Astrophysical Journal. Su título es “El evento de interrupción de las mareas AT2021ehb: evidencia de reflexión de disco relativista y evolución rápida del sistema disco-corona.El autor principal es Yuhan Yao, estudiante graduado de Caltech.
Cuando un agujero negro destroza una estrella que se acerca demasiado, se llama evento de interrupción de mareas (TDE.) AT2021ehb es el nombre de un TDE que ocurrió en un SMBH en una galaxia a unos 250 millones de años luz de la Tierra. El SMBH es aproximadamente 10 millones de veces más masivo que nuestro Sol. Es el quinto ejemplo más cercano de un agujero negro que destruye una estrella, y les dio a los astrofísicos una oportunidad ventajosa para estudiar los TDE con NuSTAR y otros telescopios.
Los agujeros negros a veces están rodeados por grandes discos de material llamados discos de acreción. Los discos son acumulaciones de gas que se han formado durante largos períodos de tiempo, a veces milenios. Los discos pueden tener miles de millones de millas de ancho y, a medida que giran hacia el agujero negro, el gas se calienta y puede eclipsar a galaxias enteras. Estos son los agujeros negros que los astrofísicos pueden observar porque, sin el disco y su luz, el agujero negro es solo un agujero negro.
Aunque el disco es brillante, cuando el agujero negro desgarra una estrella y la consume, la luz de ese TDE sigue siendo visible. El TDE puede tomar tan solo unas pocas semanas o meses de principio a fin, lo que los convierte en objetivos viables para la observación. Los astrofísicos están especialmente interesados en los eventos que pueden observar en su totalidad por razones obvias.
Cuando el agujero negro en este TDE destrozó la estrella condenada, hubo un aumento retrasado pero dramático en las emisiones de rayos X. Los rayos X son una señal de que el TDE estaba creando material sobrecalentado en una estructura sobre el agujero negro llamada corona. Aquí es donde entra en juego NuSTAR. Cuando se trata de telescopios espaciales, NuSTAR es el mejor para observar rayos X en detalle, y la proximidad de AT2021ehb a nosotros les dio a los astrofísicos una oportunidad extraordinaria para observar la corona y lo que sucede con el material estelar antes de un agujero negro. lo devora
La región más cercana al agujero negro está muy compacta. Esto calienta el gas a temperaturas extremas, quitando electrones de los átomos y creando plasma. La corona está hecha de este plasma de mil millones de grados. La causa exacta de su formación aún se está estudiando, pero es probable que tenga algo que ver con las líneas del campo magnético en el disco de acreción. Las líneas son predecibles en las regiones exteriores del disco, pero más cerca, las líneas de campo pueden enredarse, romperse y volver a conectarse. Esa actividad podría acelerar tanto las partículas que forman la corona sobrecalentada y emiten rayos X.
«Los eventos de interrupción de las mareas son una especie de laboratorio cósmico», dijo la coautora del estudio Suvi Gezari, astrónoma del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. «Son nuestra ventana a la alimentación en tiempo real de un enorme agujero negro que acecha en el centro de una galaxia».
Una previa estudio 2022 en Naturaleza Astronomía mostró que cuando un agujero negro emite sus chorros, lleva consigo material de la corona. “Suena lógico, pero ha habido un debate durante veinte años sobre si la corona y el chorro eran simplemente lo mismo”, dijo el astrofísico Mariano Méndez, quien fue el autor principal de ese estudio. “Ahora vemos que surgen uno tras otro y que el chorro sigue desde la corona”.
Pero ese estudio no se basó en las observaciones de un TDE. Este estudio llevó nuestra comprensión aún más lejos, mostrando el vínculo entre una estrella que se acercó demasiado a un agujero negro y la formación de la corona, el precursor de un agujero negro. chorros relativistas.
Cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro, el lado de la estrella más cercano al agujero se rompe primero. Eso destruye la forma esférica de la estrella y crea una corriente de gas que fluye hacia el disco de acreción del agujero negro y comienza a girar alrededor del agujero. A medida que la corriente de material gira alrededor del agujero, choca consigo misma. Los científicos creen que las colisiones crean ondas de choque y flujos de gas hacia el exterior. Esos flujos emiten luz en todo el espectro, incluidos los rayos UV y los rayos X.
Eventualmente, el material se asienta y sus emisiones de luz también se calman. Se necesitaron alrededor de 100 días para que la estrella se rompiera, para que el material se calentara y luego se enfriara. La Instalación Transitoria Zwicky (ZTF) fue la primera en detectar el TDE el 1 de marzo de 2021. Luego, el Observatorio Swift de la NASA y Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER) telescopio realizó sus propias observaciones. Cada uno de ellos es más sensible a diferentes longitudes de onda de luz, y cuando trabajan juntos, brindan imágenes más completas de eventos astrofísicos complejos como los TDE.
Pero después del período inicial de calentamiento y luego enfriamiento, sucedió algo inesperado.
Aproximadamente 300 días después de que ZTF detectara por primera vez el agujero negro que destruía la estrella, NuSTAR de la NASA realizó sus propias observaciones. NuSTAR encontró la corona caliente, pero los científicos se sorprendieron cuando no hubo chorros. Las coronas suelen aparecer con chorros relativistas provenientes de lados opuestos de un agujero negro.
«Nunca hemos visto un evento de interrupción de marea con emisión de rayos X como este sin la presencia de un chorro, y eso es realmente espectacular porque significa que potencialmente podemos desentrañar qué causa los chorros y qué causa las coronas», dijo el autor principal Yuhan Yao. «Nuestras observaciones de AT2021ehb están de acuerdo con la idea de que los campos magnéticos tienen algo que ver con la forma en que se forma la corona, y queremos saber qué está causando que ese campo magnético se vuelva tan fuerte».
AT2021ehb es diferente de otros TDE observados. Es más brillante que cualquier otro TDE sin chorro. El brillo alcanzó su punto máximo a 30 keV, que son 300 millones de grados. Su brillo permitió a los investigadores «… obtener una serie de espectros de rayos X de alta calidad, incluido el primer espectro de rayos X duros de un TDE sin chorro de hasta 30 keV», escriben los autores en su artículo.
El intrincado comportamiento de la luz en todo el espectro pinta la imagen de lo que está pasando en estos eventos complejos. Este estudio relaciona los TDE con la formación de la corona de un agujero negro y luego, eventualmente, con sus chorros. Pero es solo un TDE, y los astrofísicos necesitan más observaciones de TDE para desarrollar su comprensión de las relaciones entre los tres.
El autor principal, Yao, está liderando un esfuerzo para encontrar más TDE. Solo más datos de telescopios como NuSTAR y otros pueden fortalecer nuestra comprensión de los agujeros negros, los TDE, las coronas y los chorros.
“Queremos encontrar tantos como podamos”, dijo Yao.
Más:
- Presione soltar: La NASA obtiene un vistazo inusualmente cercano de un agujero negro comiendo una estrella
- Nuevo estudio: El evento de interrupción de las mareas AT2021ehb: evidencia de reflexión de disco relativista y evolución rápida del sistema disco-corona
- Universe Today: un agujero negro consumió una estrella y liberó la luz de un billón de soles
