La detección más lejana de un agujero negro engullendo a una estrella
30 de Noviembre de 2022
A principios de este año, el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO) fue alertado después de que un telescopio de rastreo detectara una fuente inusual de luz visible. El VLT, junto con otros telescopios, fue rápidamente redirigido hacia la fuente: un agujero negro supermasivo de una galaxia distante que había devorado una estrella, expulsando las sobras en forma de chorro. El VLT determinó que era el ejemplo más lejano de tal evento jamás observado. Debido a que el chorro apunta casi hacia nosotros, también es la primera vez que se descubre en luz visible, proporcionando una nueva forma de detectar estos eventos extremos.
Las estrellas que se encuentran demasiado cerca de un agujero negro son destrozadas por las increíbles fuerzas de marea del agujero negro en lo que se conoce como un evento de disrupción de (TDE, Tidal Disruption Event). Aproximadamente el 1% de estos eventos hacen que los chorros de plasma y radiación sean expulsados por los polos del agujero negro giratorio. En 1971, el pionero de los agujeros negros, John Wheeler [1], introdujo el concepto de TDE con chorro como "un tubo de pasta de dientes que se aprieta con fuerza desde la zona media" haciendo que el sistema "expulse materia por ambos extremos".
"Solo hemos visto un puñado de estos TDE con chorro y siguen siendo eventos muy exóticos y poco conocidos", afirma Nial Tanvir, de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, quien dirigió las observaciones con el VLT para determinar la distancia del objeto. Por lo tanto, la comunidad astronómica busca constantemente estos eventos extremos para comprender cómo se crean realmente los chorros y por qué una fracción tan pequeña de TDE los produce.
Como parte de esta búsqueda, muchos telescopios, incluido el Zwicky Transient Facility (ZTF), en los Estados Unidos, estudian de manera continua el cielo en busca de signos de eventos de corta duración, a menudo extremos, que luego podrían ser estudiados con mayor profundidad de detalle por telescopios como el VLT de ESO, en Chile. "Desarrollamos una pipeline (un código de canalización de datos) de código abierto para almacenar y extraer información importante del sondeo de ZTF y para que, a su vez, nos alertara en tiempo real ante de presencia de eventos atípicos", explica Igor Andreoni, astrónomo de la Universidad de Maryland en los Estados Unidos que codirigió el artículo publicado hoy en Nature junto con Michael Coughlin, de la Universidad de Minnesota.
En febrero de este año, el ZTF detectó una nueva fuente de luz visible. El evento, llamado AT2022cmc, fue una reminiscencia de un estallido de rayos gamma, la fuente de luz más potente del Universo. La perspectiva de presenciar este raro fenómeno llevó al equipo a activar varios telescopios de todo el mundo para observar la misteriosa fuente con más detalle. Esto incluyó el VLT de ESO, que rápidamente observó este nuevo evento con el instrumento X-shooter. Los datos del VLT colocaron la fuente a una distancia sin precedentes para estos eventos: la luz producida por AT2022cmc comenzó su viaje cuando el universo tenía aproximadamente un tercio de su edad actual.
Un total de 21 telescopios de todo el mundo recopiló una amplia variedad de rangos de luz, desde rayos gamma de alta energía hasta ondas de radio. El equipo comparó estos datos con diferentes tipos de eventos conocidos, desde estrellas colapsadas hasta kilonovas. Pero el único escenario que coincidía con los datos era un raro TDE con chorro apuntando hacia nosotros. Giorgos Leloudas, astrónomo de DTU Space, en Dinamarca, y coautor de este estudio, explica que "el hecho de que el chorro relativista apunte hacia nosotros, hace que el evento sea mucho más brillante de lo que parecería de otra manera, y también lo hace visible en un espectro más amplio del espectro electromagnético.".
Las medidas sobre la distancia tomadas por el VLT revelaron que AT2022cmc es el TDE más distante que se haya descubierto, pero este no es el único aspecto récord de este objeto. "Hasta ahora, el pequeño número de TDE con chorro que se conocen se había detectado, inicialmente, utilizando telescopios de rayos gamma y rayos X de alta energía, pero este fue el primer descubrimiento de un evento de este tipo durante un estudio óptico", declara Daniel Perley, astrónomo de la Universidad John Moores de Liverpool, en el Reino Unido, y coautor del estudio. Esto demuestra una nueva forma de detectar TDEs con chorro, permitiendo un estudio más profundo de estos eventos raros y de los ambientes extremos que rodean a los agujeros negros.
Notas
[1] A John Archibald Wheeler también se le atribuye a menudo la acuñación del término "agujero negro" en un discurso dirigido a la NASA en 1967.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “A very luminous jet from the disruption of a star by a massive black hole”, que aparece in la revista Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05465-8).
El equipo está formado por Igor Andreoni (Instituto Conjunto de Ciencias Espaciales, Universidad de Maryland, EE.UU. [JSI/UMD]; Departamento de Astronomía, Universidad de Maryland, EE.UU. [UMD]; División de Ciencias Astrofísicas, Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA [NASA/GSFC], USA); Michael W. Coughlin (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Minnesota, EE.UU.); Daniel A. Perley (Instituto de Investigación en Astrofísica, Universidad John Moores de Liverpool, Reino Unido); Yuhan Yao (División de Física, Matemáticas y Astronomía, Instituto de Tecnología de California, EE.UU. [Caltech]); Wenbin Lu (Departamento de Ciencias Astrofísicas, Universidad de Princeton, EE.UU.); S. Bradley Cenko (JSI/UMD; NASA/GSFC); Harsh Kumar (Instituto Indio de Tecnología de Bombay, India [IIT/Bombay]); Shreya Anand (Caltech); Anna Y. Q. Ho (Departamento de Astronomía, Universidad de California, Berkeley, EE.UU. [UCB]; Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, EE.UU. [LBNL]; Instituto Miller de Investigación Básica en Ciencias, EE.UU.); Mansi M. Kasliwal (Caltech); Antonio de Ugarte Postigo (Universidad de la Costa Azul, Observatorio de la Costa Azul, Francia); Ana Sagués-Carracedo (Centro Oskar Klein, Universidad de Estocolmo, Suecia [OKC]); Steve Schulze (OKC); D. Alexander Kann (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Glorieta de la Astronomía, España [IAA-CSIC]); S. R. Kulkarni (Caltech); Jesper Sollerman (OKC); Nial Tanvir (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Leicester, Reino Unido); Armin Rest (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, Baltimore, EE.UU. [STScI]; Departamento de Física y Astronomía, Universidad Johns Hopkins, EE.UU.); Luca Izzo (DARK, Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca); Jean J. Somalwar (Caltech); David L. Kaplan (Centro de Gravitación, Cosmología y Astrofísica, Departamento de Física, Universidad de Wisconsin–Milwaukee, EE.UU.); Tomás Ahumada (UMD); G. C. Anupama (Instituto Indio de Astrofísica, Bangalore, India [IIA]); Katie Auchettl (Escuela de Física, Universidad de Melbourne, Australia; Centro ARC de Excelencia de Astrofísica de Todo el Cielo en 3 Dimensiones; Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de California, Santa Cruz, EE.UU.); Sudhanshu Barway (IIA); Eric C. Bellm (Instituto DIRAC, Universidad de Washington, EE.UU.); Varun Bhalerao (IIT/Bombay); Joshua S. Bloom (LBNL; UCB); Michael Bremer (Instituto de Radioastronomía Milimétrica, Francia [IRAM]); Mattia Bulla (OKC); Eric Burns (Departamento de Física & Astronomía, Universidad del Estado de Luisiana, EE.UU.); Sergio Campana (INAF-Observatorio Astronómico de Brera, Italia); Poonam Chandra (Centro Nacional de Astrofísica de Radio, Instituto Tata de Investigación Fundamental, Universidad de Pune, India); Panos Charalampopoulos (DTU Space, Instituto Nacional del Espacio, Universidad Técnica de Dinamarca, Dinamarca [DTU]); Jeff Cooke (Centro de Excelencia del Consejo de Investigación de Australia para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales, Universidad de Tecnología de Swinburne, Hawthorn, Australia [OzGrav]; Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad de Tecnología de Swinburne, Australia [CAS]); Valerio D’Elia (Centro de Datos de Ciencias Espaciales - Agencia Espacial Italiana, Italia); Kaustav Kashyap Das (Caltech); Dougal Dobie (OzGrav; CAS); José Feliciano Agüí Fernández (IAA-CSIC); James Freeburn (OzGrav; CAS); Cristoffer Fremling (Caltech); Suvi Gezari (STScI); Matthew Graham (Caltech); Erica Hammerstein (UMD); Viraj R. Karambelkar (Caltech); Charles D. Kilpatrick (Centro para la Exploración Interdisciplinar y la Investigación en Astrofísica, Universidad Northwestern, EE.UU.); Erik C. Kool (OKC); Melanie Krips (IRAM); Russ R. Laher (IPAC, Instituto de Tecnología de California, EE.UU. [IPAC]); Giorgos Leloudas (DTU); Andrew Levan (Departamento de Astrodísica, Universidad de Radboud, Países Bajos); Michael J. Lundquist (Observatorio W. M. Keck, EE.UU.); Ashish A. Mahabal (Caltech; Centro para Descubrimientos Basados en Datos, Instituto de Tecnología de California, EE.UU.); Michael S. Medford (UCB; LBNL); M. Coleman Miller (JSI/UMD; UMD); Anais Möller (OzGrav; CAS); Kunal Mooley (Caltech); A. J. Nayana (Instituto Indio de Astrofísica, India); Guy Nir (UCB); Peter T. H. Pang (Nikhef, Países Bajos; Instituto de Física Gravitacional y Subatómica, Universidad de Utrecht, Países Bajos); Emmy Paraskeva (IAASARS, Observatorio Nacional de Atenas, Grecia; Departamento de Astrofísica, Astronomía & Mecánica, Universidad de Atenas, Grecia; Telescopio Óptico Nórdico, España; Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Aarhus, Dinamarca); Richard A. Perley (Observatorio Nacional de Radioastronomía, EE.UU.); Glen Petitpas (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, Cambridge, EE.UU.); Miika Pursiainen (DTU); Vikram Ravi (Caltech); Ryan Ridden-Harper (Escuela de Ciencias Físicas y Químicas — Te Kura Matu, Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda); Reed Riddle (Observatorios Ópticos de Caltech, Instituto de Tecnología de California, EE.UU.); Mickael Rigault (Universidad de Lyon, Francia); Antonio C. Rodriguez (Caltech); Ben Rusholme (IPAC); Yashvi Sharma (Caltech); I. A. Smith (Instituto de Astronomía, Universidad de Hawái, EE.UU.); Robert D. Stein (Caltech); Christina Thöne (Instituto Astronómico de la Academia Checa de Ciencias, República Checa); Aaron Tohuvavohu (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Toronto, Canadá); Frank Valdes (Observatorio Nacional de Astronomía Óptica, EE.UU.); Jan van Roestel (Caltech); Susanna D. Vergani (GEPI, Observatorio de París, Universidad de Investigación PSL, Francia; Instituto de Astrofísica de París, Francia); Qinan Wang (STScI); Jielai Zhang (OzGrav; CAS).
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