Ciencias

Así es como se ve cuando un agujero negro pellizca una estrella

La ilustración muestra una corriente brillante de material de una estrella, hecha trizas cuando fue devorada por un agujero negro supermasivo. El agujero negro de energía está rodeado por un anillo de polvo de NASA / JPL-Caltech

Si bien los agujeros negros y los niños pequeños no parecen tener mucho en común, son notablemente similares en un aspecto: ambos comen desorden, lo que genera una amplia evidencia de que ha tenido lugar una comida.

Pero mientras uno puede dejar excrementos de masa o salpicaduras de yogur, el otro crea una secuela de proporciones alucinantes. Cuando un agujero negro envuelve una estrella, produce lo que los astrónomos llaman un “evento de ruptura de marea”. La destrucción de la desafortunada estrella va acompañada de un estallido de radiación que puede atenuar la luz combinada de todas las estrellas en la galaxia anfitriona del agujero negro durante meses, incluso años.

Un equipo de astrónomos dirigido por Sixiang Wen, becario postdoctoral asociado en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, utiliza rayos X emitidos por un evento de interrupción de las mareas conocido como J2150 para realizar las primeras mediciones de la masa y el giro del agujero. Este agujero negro es de un tipo específico, un agujero negro de masa intermedia, que ha escapado a la observación durante mucho tiempo.

“El hecho de que pudiéramos capturar este agujero negro mientras devoraba una estrella brinda una oportunidad extraordinaria para observar lo que de otro modo sería invisible”, dijo Ann Zabludoff, profesora de astronomía en Urizona y coautora del artículo. “Además, al analizar la erupción pudimos comprender mejor esta elusiva categoría de agujeros negros, que bien puede explicar la mayoría de los agujeros negros en el centro de las galaxias”.

Al volver a analizar los datos de rayos X utilizados para observar la llamarada J2150 y compararlos con modelos teóricos sofisticados, los autores demostraron que esta llamarada en realidad se originó a partir de un encuentro entre una estrella desafortunada y un agujero negro de masa intermedia. El agujero negro intermedio en cuestión tiene una masa particularmente baja, es decir, para un agujero negro, que pesa unas 10.000 veces la masa del sol.

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“Las emisiones de rayos X del disco interno formado por los fragmentos de la estrella muerta hicieron posible inferir la masa y el giro de este agujero negro y clasificarlo como un agujero negro intermedio”, dijo Wen.

Se han visto docenas de eventos de disrupción de mareas en los centros de grandes galaxias que albergan agujeros negros supermasivos, y también se han observado un puñado en los centros de pequeñas galaxias que pueden contener agujeros negros intermedios. Sin embargo, los datos anteriores nunca fueron lo suficientemente detallados como para demostrar que un destello de interrupción de las mareas individual fue impulsado por un agujero negro intermedio.

“Gracias a las observaciones astronómicas modernas, sabemos que los centros de casi todas las galaxias que son similares o más grandes en tamaño que nuestra Vía Láctea albergan agujeros negros centrales supermasivos”, dijo el coautor del estudio, Nicholas Stone, profesor principal de la Universidad Hebrea en Jerusalén. “Estos gigantes varían en tamaño entre 1 millón y 10 mil millones de veces la masa de nuestro sol, y se convierten en poderosas fuentes de radiación electromagnética cuando cae demasiado gas interestelar en sus alrededores”.

La masa de estos agujeros negros está estrechamente relacionada con la masa total de sus galaxias anfitrionas; las galaxias más grandes albergan los agujeros negros supermasivos más grandes.

“Todavía sabemos muy poco sobre la existencia de agujeros negros en el centro de galaxias más pequeñas que la Vía Láctea”, dijo el coautor Peter Jonker de la Universidad Radboud y el Instituto de Investigación Espacial SRON de Holanda, ambos en Holanda. “Debido a las limitaciones de observación, es un desafío descubrir agujeros negros centrales mucho más pequeños que 1 millón de masas solares”.

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A pesar de su supuesta abundancia, los orígenes de los agujeros negros supermasivos siguen siendo desconocidos, y muchas teorías diferentes compiten actualmente para explicarlos, según Jonker. Los agujeros negros de masa intermedia pueden ser las semillas a partir de las cuales crecen los agujeros negros supermasivos.

“Entonces, si podemos manejar mejor cuántos agujeros negros intermedios de buena fe hay, podría ayudar a determinar qué teorías de la formación de agujeros negros supermasivos son correctas”, dijo.

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Aún más emocionante, según Zabludoff, es la medición de giro J2150 que el grupo pudo obtener. La medición de espín contiene pistas sobre cómo crecen los agujeros negros y posiblemente sobre la física de partículas.

Este agujero negro gira rápido, pero no lo más rápido posible, explicó Zabludoff, planteando la pregunta de cómo el agujero negro termina girando en este rango.

“Es posible que el agujero negro se haya formado de esta manera y no haya cambiado mucho desde entonces, o que dos agujeros negros de masa intermedia se fusionaron recientemente para formar este”, dijo. “Sabemos que el giro que medimos excluye escenarios en los que el agujero negro crece con el tiempo debido a la ingestión constante de gas o demasiados bocadillos rápidos de gas que llegan de direcciones aleatorias”.

Además, medir el giro permite a los astrofísicos probar hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura, que se cree que es la mayor parte de la materia del universo. La materia oscura puede consistir en partículas elementales desconocidas que aún no se han visto en experimentos de laboratorio. Entre los candidatos se encuentran partículas hipotéticas conocidas como bosones ultraligeros, explicó Stone.

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“Si estas partículas existen y tienen masas en un cierto rango, evitarán que un agujero negro de masa intermedia gire rápidamente”, dijo. “Aún así, el agujero negro del J2150 está girando rápido. Por lo tanto, nuestra medición de espín excluye una amplia clase de teorías de bosones ultraligeros, que muestran el valor de los agujeros negros como laboratorios extraterrestres para la física de partículas. “

En el futuro, las nuevas observaciones de las erupciones de disrupción de las mareas pueden permitir a los astrónomos llenar los vacíos en la distribución de masa de los agujeros negros, dijeron los autores, cuyo artículo es Publicado en el El diario astrofísico-esperar.

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“Si encontramos que la mayoría de las galaxias enanas contienen agujeros negros de masa intermedia, entonces dominarán la tasa de disrupción de las mareas estelares”, dijo Stone. “Al ajustar la emisión de rayos X de estas llamas a modelos teóricos, podemos hacer un censo de la población de agujeros negros de masa intermedia en el universo”, agregó Wen.

Sin embargo, para hacer esto, se deben observar más eventos de interrupción de las mareas. Es por eso que los astrónomos tienen grandes esperanzas de nuevos telescopios en línea pronto, tanto en la Tierra como en el espacio, incluido el Observatorio Vera C. Rubin, también conocido como Legacy Survey of Space and Time, o LSST, que se espera que descubra miles de interrupciones por mareas. eventos por año.

Fuente: Universidad de Arizona

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Prudencia Febo

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