“Nunca habíamos visto algo así”: Agujero negro arroja material años después de triturar una estrella

En octubre de 2018, una pequeña estrella se hizo pedazos cuando se acercó demasiado a un agujero negro en una galaxia ubicada a 665 millones de años luz de la Tierra. Aunque puede sonar emocionante, el evento no fue una sorpresa para los astrónomos que ocasionalmente son testigos de estos incidentes violentos mientras exploran el cielo nocturno.

Pero casi tres años después de la masacre, el mismo agujero negro vuelve a iluminar los cielos y no se ha tragado nada nuevo, dicen los científicos.

“Esto nos tomó completamente por sorpresa: nadie había visto algo así antes”, dijo Yvette Cendes , investigadora asociada del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) y autor principal de un nuevo estudio que analiza el fenómeno.

El equipo concluye que el agujero negro ahora está expulsando material que viaja a la mitad de la velocidad de la luz, pero no están seguros de por qué la salida se retrasó varios años. Los resultados, descritos en Astrophysical Journal, pueden ayudar a los científicos a comprender mejor el comportamiento de alimentación de los agujeros negros, que Cendes compara con “eructar” después de una comida.

El equipo detectó el estallido inusual mientras revisaba los eventos de interrupción de las mareas (TDE), cuando las estrellas invasoras son espaguetizadas por agujeros negros, que ocurrieron en los últimos años.

Los datos de radio del Very Large Array (VLA) en Nuevo México mostraron que el agujero negro se había reanimado misteriosamente en junio de 2021. Cendes y el equipo se apresuraron a examinar el evento más de cerca.

“Aplicamos para el Tiempo Discrecional del Director en múltiples telescopios, que es cuando encuentras algo tan inesperado que no puedes esperar el ciclo normal de propuestas de telescopios para observarlo”, explicó Cendes en un comunicado. “Todas las solicitudes fueron aceptadas de inmediato”.

El equipo recopiló observaciones del TDE, denominado AT2018hyz , en múltiples longitudes de onda de luz utilizando el VLA, el Observatorio ALMA en Chile, MeerKAT en Sudáfrica, el Australian Telescope Compact Array en Australia, el Observatorio de rayos X Chandra y el Neil Observatorio Gehrels Swift en el espacio.

Las observaciones por radio del TDE resultaron ser las más sorprendentes.

“Hemos estado estudiando los TDE con radiotelescopios durante más de una década y, a veces, descubrimos que brillan en las ondas de radio mientras arrojan material mientras el agujero negro consume la estrella por primera vez”, dijo Edo Berger, profesor de astronomía en Harvard University y CfA, y coautor del nuevo estudio. “Pero en AT2018hyz hubo silencio de radio durante los primeros tres años, y ahora se iluminó dramáticamente para convertirse en uno de los TDE más luminosos de radio jamás observados”.

Sebastian Gomez, becario postdoctoral en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial y coautor del nuevo artículo, dice que AT2018hyz era “normal” en 2018 cuando lo estudió por primera vez con telescopios de luz visible, incluido el telescopio de 1,2 m en el Fred Lawrence del Observatorio Whipple en Arizona.

Gómez, que en ese momento estaba trabajando en su tesis doctoral con Berger, utilizó modelos teóricos para calcular que la estrella desgarrada por el agujero negro tenía solo una décima parte de la masa de nuestro Sol.

“Monitoreamos AT2018hyz en luz visible durante varios meses hasta que se desvaneció y luego lo borramos de nuestras mentes”, dijo Gómez.

Los TDE son bien conocidos por emitir luz cuando ocurren. A medida que una estrella se acerca a un agujero negro, las fuerzas gravitatorias comienzan a estirar o espaguetear la estrella. Eventualmente, el material alargado gira en espiral alrededor del agujero negro y se calienta, creando un destello que los astrónomos pueden detectar desde millones de años luz de distancia.

Ocasionalmente, algún material espaguetizado es arrojado al espacio. Los astrónomos lo comparan con que los agujeros negros son comedores desordenados: no todo lo que intentan consumir llega a sus bocas.

Pero la emisión, conocida como flujo de salida, normalmente se desarrolla rápidamente después de que ocurre un TDE, no años después. “Es como si este agujero negro hubiera comenzado a eructar abruptamente un montón de material de la estrella que se comió hace años”, explicó Cendes.

En este caso, los eructos son rotundos.

El flujo de salida de material viaja a una velocidad del 50 por ciento de la velocidad de la luz. A modo de comparación, la mayoría de los TDE tienen un flujo de salida que viaja al 10 por ciento de la velocidad de la luz, dijo Cendes.

“Esta es la primera vez que presenciamos un retraso tan largo entre la alimentación y la salida”, dijo Berger. “El siguiente paso es explorar si esto realmente sucede con más frecuencia y simplemente no hemos estado observando los TDE lo suficientemente tarde en su evolución”.

Otros coautores del estudio incluyen a Kate Alexander y Aprajita Hajela de la Universidad Northwestern; Ryan Chornock, Raffaella Margutti y Daniel Brethauer de la Universidad de California, Berkley; Tanmoy Laskar de la Universidad de Radboud; Brian Metzger de la Universidad de Columbia; Michael Bietenholz de la Universidad de York y Mark Wieringa de la Instalación Nacional del Telescopio de Australia.