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13 de Octubre de 2020
Astronomía

Obtienen un «primer plano» de una estrella despedazada por un agujero negro

Se trata del fenómeno de este tipo más cercano a la Tierra observado hasta ahora. Los investigadores confían en que la buena calidad de los datos ayude a interpretar mejor otros eventos similares.

Recreación artística de un agujero negro supermasivo engullendo una estrella. [ESO/M. Kornmesser]  

Un equipo internacional de astrónomos ha logrado estudiar con un detalle sin precedentes un tipo muy particular de catástrofe cósmica: el proceso por el que una estrella se ve atraída por un agujero negro supermasivo y acaba despedazada por su descomunal campo gravitatorio.

El cataclismo, bautizado como AT2019qiz, ocurrió en una galaxia situada a 215 millones de años luz de la Tierra, lo que lo convierte en el fenómeno de su clase más cercano observado hasta ahora. Además, fue detectado muy poco tiempo después de que el agujero negro empezase a desgarrar la estrella. Gracias a ello, los astrónomos han podido obtener una representación inusualmente pormenorizada del fenómeno, algo difícil dada la compleja naturaleza de este tipo de eventos.

«La geometría es realmente caótica una vez que la estrella queda destrozada, por lo que resulta muy difícil interpretar cómo se produce la luz», explica Matt Nicholl, astrónomo de la Universidad de Birmingham y primer autor del artículo. «Debido a la cercanía del evento, a su descubrimiento temprano y a la buena calidad de los datos, es probable que ahora tengamos una de las representaciones más claras de cómo funcionan estos sistemas», añade. Los detalles se publican en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El principal resultado del nuevo trabajo ha sido la detección de una violenta expulsión de material que, formado principalmente por los restos de la estrella descuartizada, salió expelido a enormes distancias. Estas expulsiones de material habían sido observadas con anterioridad en algunos casos, apunta Nicholl, pero se desconocía si constituían un fenómeno común. Ahora, las características de AT2019qiz hacen pensar que bien podrían serlo. De ser el caso, ello ayudará a modelizar y calibrar los datos de otros fenómenos similares detectados en el futuro.

Una nueva manera de estudiar los agujeros negros

Casi todas las grandes galaxias albergan en su centro un agujero negro supermasivo: un astro con una masa de entre millones y miles de millones de masas solares. Muy distintos de sus homólogos de masa estelar, nadie sabe a ciencia cierta cómo se forman estos colosos cósmicos. Sin embargo, constituyen un elemento clave en la evolución de las galaxias, ya que pueden llegar a influir en su crecimiento y en los procesos de formación estelar.

Los agujeros negros no emiten ningún tipo de luz, por lo que solo es posible estudiarlos a partir del comportamiento de la materia que cae hacia ellos. Hasta hace relativamente poco, la principal pista al respecto provenía de los cuásares: galaxias por lo general muy lejanas cuyo agujero negro central se encuentra engullendo enormes nubes de gas y polvo. Cuando eso ocurre, el material que cae hacia el agujero negro emite grandes cantidades de energía, gracias a lo cual resulta posible inferir las propiedades del astro.

No obstante, tales procesos no se observan ni mucho menos en todas las galaxias, sino que suelen ocurrir en galaxias muy distantes y cuyo agujero negro central es extremadamente masivo. Como consecuencia, hasta hace poco había toda una población de agujeros negros supermasivos (aquellos en galaxias más cercanas y con masas comparativamente pequeñas) que permanecía oculta a los ojos de los astrónomos.

Desde finales de los años noventa y particularmente en los últimos años, esa población oculta de agujeros negros ha comenzado a emerger gracias a la detección de otro tipo de fenómeno: la captura y posterior destrucción de una estrella vagabunda por parte del agujero negro.

Tales procesos reciben el nombre de «eventos disruptivos de marea» (EDM). Ello se debe a que, cuando la estrella se acerca lo suficiente al agujero negro (a distancias del orden de unas decenas de veces el tamaño del horizonte de sucesos), el intenso campo gravitatorio la deforma y la estira, lo que supone una versión extrema del mismo fenómeno por el que la Luna y el Sol causan mareas en la Tierra. En este caso, sin embargo, la estrellará acaba completamente destrozada y convertida en finos filamentos de material. Una parte de ellos saldrá violentamente despedida hacia afuera, mientras que la otra proseguirá su caída hacia el agujero negro.

Los eventos disruptivos de marea solo tienen lugar en agujeros negros supermasivos con masas de hasta unos pocos millones de masas solares, ya que, si el agujero negro es mucho mayor, la estrella es engullida demasiado rápido y desaparece sin dejar rastro. Sin embargo, tales agujeros negros son menores que los que típicamente alimentan a los cuásares, por lo que los EDM resultan muy prometedores para estudiar toda una variedad de agujeros negros que serían imposibles de identificar por otros medios.

Un festín cercano

AT2019qiz fue detectado en setiembre del año pasado en la galaxia espiral 2MASX J04463790-1013349, situada en la constelación de Erídano, en el hemisferio sur. En el cataclismo, una estrella similar al Sol terminó hecha jirones por el agujero negro central de la galaxia, el cual tenía una masa que los investigadores han estimado en torno a un millón de masas solares.

Tras estudiar el fenómeno durante los meses siguientes (el tiempo típico que tardan en desvanecerse los restos de la estrella destrozada), los investigadores consiguieron registrar el desarrollo del evento en rayos X, luz ultravioleta, luz visible y ondas de radio. Gracias a ello pudieron determinar que, en el proceso, en torno a una décima parte del material de la estrella salió despedido a velocidades de hasta 10.000 kilómetros por segundo y distancias de hasta 30.000 millones de kilómetros: unas 10.000 veces el tamaño del agujero negro supermasivo.

Animación del evento (recreación artística). [ESO/M. Kornmesser]

Uno de los principales efectos de esa expulsión de material parece haber sido «enfriar» el proceso con respecto a las predicciones teóricas, un enigma para el que hasta ahora no existía una explicación clara. «Hallamos que la mayor parte de la luz provenía en realidad del material en expansión, el cual es calentado por rayos X desde la zona más cercana al agujero negro», explica Nicholl. «Puede que esto haya resuelto un importante y antiguo misterio: por qué estos eventos parecen ser unas cien veces más fríos de lo que predice la teoría. En este caso, fue el gas expelido el que permitió el enfriamiento.»

Los investigadores esperan que el comportamiento de AT2019qiz ayude a interpretar otras detecciones futuras en las que los datos no sean de tan buena calidad como en este caso. Aunque hasta la fecha se han detectado varias decenas de EDM, uno de los objetivos de este campo de investigación es seguir aumentando ese censo cósmico para, en última instancia, hallar EDM que cubran todo un abanico de distancias cósmicas. «Eso permitiría estudiar el crecimiento de los agujeros negros a lo largo del tiempo cósmico», concluye Nicholl.

Ernesto Lozano Tellechea

Referencia: «An outflow powers the optical rise of the nearby, fast-evolving tidal disruption event AT2019qiz», Matt Nicholl et al. en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 499, págs. 482–504, 12 de octubre de 2020.

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