08 May Descubren un agujero negro errante devorador de estrellas

Publicado a las 19:57h en AstroNews por Fernando Neira Paz 0 Comentarios

Un equipo de astrónomos ha detectado un agujero negro errante gracias al evento de disrupción por marea (TDE, por sus siglas en inglés) denominado «AT2024tvd», observado a 600 millones de años luz con los telescopios Hubble, Chandra y VLA.

Este agujero negro errante supermasivo, que no se encuentra en el centro de su galaxia, marca la primera vez que se observa un TDE desplazado, lo que podría revelar una población oculta de estos objetos cósmicos.

Su hallazgo sugiere que los eventos TDE son herramientas clave para descubrir agujeros negros errantes. Los telescopios los detectan como objetos muy brillantes.

Estos eventos son potentes herramientas para estudiar la física de los agujeros negros, revelando las condiciones necesarias para el lanzamiento de chorros y vientos cuando un agujero negro devora una estrella.

Ilustración de seis paneles de un TDE alrededor de un agujero negro supermasivo que muestra: 1) Un agujero negro supermasivo deambula dentro de una galaxia, y su presencia solo es detectable mediante lente gravitacional. 2) Una estrella errante es atrapada por la intensa gravedad del agujero negro. 3) La estrella es estirada o "espaguetificada" por los efectos de marea gravitacionales. 4) Los restos de la estrella forman un disco alrededor del agujero negro. 5) Se produce un período de acreción, durante el cual el agujero negro emite radiación a lo largo de todo el espectro electromagnético, desde los rayos X hasta las ondas de radio. 6) La galaxia anfitriona, vista desde lejos, contiene un destello brillante de energía desplazado respecto al núcleo galáctico, donde reside otro agujero negro aún más masivo. Ilustración: NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI) — Ilustración de seis paneles de un TDE alrededor de un agujero negro supermasivo que muestra: 1) Un agujero negro supermasivo deambula dentro de una galaxia, y su presencia solo es detectable mediante lente gravitacional. 2) Una estrella errante es atrapada por la intensa gravedad del agujero negro. 3) La estrella es estirada o «espaguetificada» por los efectos de marea gravitacionales. 4) Los restos de la estrella forman un disco alrededor del agujero negro. 5) Se produce un período de acreción, durante el cual el agujero negro emite radiación a lo largo de todo el espectro electromagnético, desde los rayos X hasta las ondas de radio. 6) La galaxia anfitriona, vista desde lejos, contiene un destello brillante de energía desplazado respecto al núcleo galáctico, donde reside otro agujero negro aún más masivo. Ilustración: NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI)

Detección del TDE con telescopios espaciales

El nuevo TDE, denominado «AT2024tvd», permitió a los astrónomos localizar un agujero negro errante utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, con observaciones complementarias del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y del radiotelescopio Very Large Array del NRAO.

Sorprendentemente, este agujero negro errante de un millón de masas solares no reside en el centro de su galaxia, como es habitual, sino que está desplazado. De unos 100 eventos TDE registrados por estudios ópticos del cielo, este es el primero que se ha identificado fuera del núcleo galáctico.

En el centro de la galaxia anfitriona hay otro agujero negro supermasivo, de 100 millones de masas solares. La precisión óptica del Hubble muestra que el TDE se produjo a solo 2.600 años luz del núcleo, una décima parte de la distancia entre el Sol y el centro galáctico de la Vía Láctea.

Este agujero negro mayor emite energía al absorber gas y está catalogado como un núcleo galáctico activo. Extrañamente, ambos agujeros negros coexisten en la misma galaxia, pero no están gravitacionalmente ligados como sistema binario.

«Espaguetificación»

Es posible que el agujero negro errante menor acabe acercándose y fusionándose con el mayor, aunque por ahora están demasiado separados para estar ligados gravitacionalmente.

Un TDE ocurre cuando una estrella que cae es estirada o “espaguetificada” por las fuerzas de marea de un agujero negro. Los restos estelares se arremolinan en una órbita circular, generando choques y temperaturas elevadas que pueden observarse en luz ultravioleta y visible.

“AT2024tvd es el primer TDE desplazado captado por estudios ópticos del cielo, y abre la puerta a descubrir esta esquiva población de agujeros negros errantes con futuros estudios”, afirma Yuhan Yao, autora principal del estudio de la Universidad de California en Berkeley. “Hasta ahora, los teóricos no habían prestado mucha atención a los TDE desplazados. Creo que este hallazgo motivará a los científicos a buscar más ejemplos”.

Un destello brillante como una supernova

El agujero negro errante fue descubierto cuando varios telescopios terrestres detectaron un destello tan brillante como una supernova.

Imagen combinada del Telescopio Espacial Hubble y del Observatorio de Rayos X Chandra que muestra una galaxia lejana que alberga la inconfundible señal de un agujero negro supermasivo errante. Ambos telescopios captaron un TDE causado por el agujero negro al devorar una estrella. Ciencia: NASA, ESA, STScI, Yuhan Yao (UC Berkeley). Procesado de imagen: Joseph DePasquale (STScI).

Pero a diferencia de una supernova, este destello era muy caliente y mostraba líneas anchas de emisión de hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno y silicio, lo que indica que provenía de un agujero negro devorando una estrella.

El observatorio Zwicky de fenómenos transitorios perteneciente al Observatorio Palomar del Caltech, con su telescopio de 1,2 metros, lo detectó por primera vez.

“Los eventos TDE tienen un gran potencial para revelar la presencia de agujeros negros errantes que de otro modo no podríamos detectar”, señala Ryan Chornock, profesor adjunto en UC Berkeley y miembro del equipo ZTF. “Los teóricos han predicho que debe existir una población de agujeros negros lejos del centro de las galaxias, y ahora podemos usar los TDE para encontrarlos”.

El destello parecía estar desplazado del centro de una galaxia masiva, según catálogos del telescopio Pan-STARRS, del Sloan Digital Sky Survey y del DESI Legacy Imaging Survey.

Para confirmar que no estaba en el centro, el equipo de Yao utilizó el Observatorio Chandra para verificar que los rayos X también estaban desplazados.

Fue necesaria la resolución del Hubble para disipar toda duda. Su sensibilidad al ultravioleta permitió ubicar el TDE, que es mucho más azul que el resto de la galaxia.

El agujero negro errante responsable del TDE merodea dentro del bulbo galáctico. Sin embargo, solo se muestra al cabo de decenas de miles de años, cuando “eructa” tras engullir una estrella. Luego vuelve a ocultarse.

Un agujero negro errante de origen incierto

¿Cómo llegó el agujero negro errante a estar desplazado? Estudios teóricos previos sugieren que pueden ser expulsados del centro galáctico por interacciones de tres cuerpos, en las que el cuerpo más ligero es expulsado.

Esto podría haber ocurrido aquí, dada la proximidad al agujero negro central. “Si pasó por una interacción triple con otros dos agujeros negros en el núcleo, aún puede permanecer ligado gravitacionalmente a la galaxia”, explica Yao.

Otra posibilidad es que sea el remanente de una galaxia más pequeña que se fusionó con la galaxia actual hace más de mil millones de años. En tal caso, podría acabar fusionándose con el agujero negro central en un futuro lejano. Por ahora, los astrónomos no saben si se acerca o se aleja.

Erica Hammerstein, otra investigadora posdoctoral en UC Berkeley, examinó las imágenes del Hubble como parte del estudio, pero no halló pruebas de una fusión galáctica pasada. Aun así, comenta: “Ya existen indicios sólidos de que las fusiones galácticas aumentan la tasa de TDE, pero la presencia de un segundo agujero negro en la galaxia anfitriona de «AT2024tvd» implica que en algún momento del pasado sí hubo una fusión”.

El futuro de la búsqueda de agujeros negros desplazados

Observatorios especializados como Hubble y Chandra colaboran para detectar y entender mejor estos eventos fugaces.

Los telescopios del futuro, como el Observatorio Vera C. Rubin de la Fundación Nacional de Ciencia y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, también estarán optimizados para capturar estos fenómenos, brindando nuevas oportunidades para que el Hubble los siga de cerca.