Un agujero negro supermasivo destroza una estrella y va ya en busca de la siguiente

Recientes investigaciones realizadas por el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, junto con otros telescopios, han revelado un fascinante fenómeno cósmico: un agujero negro supermasivo que ha desgarrado una estrella y está utilizando sus restos para buscar otro objeto contra el que impacta, que puede ser una estrella o un agujero negro más pequeño.

Este hallazgo no solo arroja luz sobre la dinámica de estos poderosos cuerpos celestes, sino que también ayuda a conectar dos enigmas del universo.

La investigación se centra en un disco de material, representado en ilustraciones artísticas en tonos de rojo, naranja y amarillo, que se formó tras la destrucción de una estrella por un agujero negro supermasivo, un proceso producto de las intensas fuerzas de marea que ejercen estos agujeros negros.

A lo largo de varios años, el disco resultante se expandió hasta cruzarse con otro objeto en órbita alrededor del agujero negro gigante. Cada colisión entre este objeto y el disco genera explosiones de rayos X, detectadas por el telescopio Chandra. Los datos obtenidos por Chandra, junto con imágenes ópticas de Pan-STARRS, han permitido a los científicos estudiar este fenómeno en detalle.

Evento de disrupción por marea (TDE)

El descubrimiento se remonta a 2019, cuando un telescopio óptico en California detectó una explosión de luz que los astrónomos identificaron como un evento de disrupción por marea (TDE, por sus siglas en inglés).

Estos eventos tienen lugar cuando un agujero negro desgarra estrellas que, por sus poderosas fuerzas gravitacionales, se acercan demasiado.

A este evento en cuestión se le asignó el nombre de AT2019qiz.

Erupciones cuasi-periódicas (QPE)

Paralelamente, los científicos estaban observando otro tipo de fenómeno cósmico: erupciones breves y regulares de rayos X cerca de agujeros negros supermasivos.

Estos eventos fueron denominados erupciones cuasi-periódicas (QPE, por sus siglas en inglés) y la investigación más reciente sugiere una conexión entre los TDE y los QPE, lo que podría proporcionar una nueva comprensión sobre la actividad de los agujeros negros.

Los investigadores proponen que las erupciones cuasi-periódicas se generan cuando un objeto colisiona con el disco de material dejado por un TDE. Aunque existen otras posibles explicaciones, los autores del estudio creen que esta interacción es la fuente de al menos algunos de los QPE observados.

Investigación con Chandra y Hubble

En 2023, los astrónomos utilizaron simultáneamente los telescopios Chandra y Hubble para estudiar los restos del evento de disrupción por marea.

Los datos de Chandra se obtuvieron en tres observaciones separadas por intervalos de 4 a 5 horas. A pesar de que la exposición total de aproximadamente 14 horas reveló solo señales débiles en las primeras y últimas observaciones, la señal fue notablemente fuerte en la observación intermedia.

A partir de estos datos, los investigadores emplearon el Explorador de composición del interior de estrellas de neutrones (NICER) de la NASA para monitorizar AT2019qiz en busca de explosiones de rayos X repetidas.

Los resultados mostraron que AT2019qiz erupciona aproximadamente cada 48 horas, un hallazgo que fue confirmado por observaciones adicionales del Observatorio Swift de Neil Gehrels de la NASA y del telescopio AstroSat de India.

La expansión del disco

Los datos ultravioleta obtenidos por Hubble, en el mismo periodo que las observaciones de Chandra, permitieron a los científicos determinar el tamaño del disco alrededor del agujero negro supermasivo.

Se descubrió que el disco se había expandido lo suficiente como para que cualquier objeto que orbitara el agujero negro y tardara una semana o menos en completar una órbita colisionara con él, provocando erupciones.

Implicaciones del descubrimiento

Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para la búsqueda de más erupciones cuasi-periódicas asociadas con disrupciones por marea.

Identificar más de estos eventos permitirá a los astrónomos medir la prevalencia y las distancias de los objetos en órbitas cercanas a agujeros negros supermasivos, algunos de los cuales podrían ser objetivos ideales para futuros observatorios de ondas gravitacionales.

Los resultados de esta investigación se publican en la revista Nature, en un estudio cuyo autor principal es Matt Nicholl, de la Universidad de Queen en Belfast, Irlanda.