Cuando una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro supermasivo, las fuerzas de marea la desgarran, produciendo un brillante destello de radiación a medida que el material de la estrella cae en el agujero negro. Los astrónomos estudian la luz de estos "eventos de interrupción de mareas" (TDEs) para obtener pistas sobre el comportamiento de alimentación de los agujeros negros supermasivos que viven en los centros de las galaxias.
Las nuevas observaciones de TDE dirigidas por los astrónomos de la UC Santa Cruz proporcionan una clara evidencia de que los desechos de la estrella forman un disco giratorio, llamado disco de acreción, alrededor del agujero negro. Los teóricos han estado debatiendo si un disco de acreción puede formarse eficientemente durante un evento de interrupción de mareas, y los nuevos hallazgos, aceptados para su publicación en el Astrophysical Journal y disponibles en línea, deberían ayudar a resolver esa cuestión, dijo la primera autora Tiara Hung, investigadora postdoctoral de la UC Santa Cruz.
La investigación se realizó utilizando observaciones en el Observatorio Lick, el Observatorio W. M. Keck, el telescopio de Investigación Astrofísica Austral (SOAR) y el Telescopio Swope del Observatorio Las Campanas en Chile.
Crédito imagen: Jamie Law-Smith y Enrico Ramirez-Ruiz
"En la teoría clásica, la llamarada de TDE es impulsada por un disco de acreción, produciendo rayos X de la región interior donde el gas caliente se convierte en espiral hacia el agujero negro", dijo Hung. "Pero para la mayoría de los TDE, no vemos rayos X - la mayoría brillan en las longitudes de onda ultravioleta y óptica - así que se sugirió que, en lugar de un disco, estamos viendo emisiones de la colisión de corrientes de desechos estelares".
"Esta es la primera confirmación sólida de que se forman discos de acumulación en estos eventos, incluso cuando no vemos rayos X", dijo Ramírez-Ruiz. "La región cercana al agujero negro está oscurecida por un viento ópticamente grueso, así que no vemos las emisiones de rayos X, pero sí vemos la luz óptica de un disco elíptico extendido".
Evidencia reveladora
La evidencia reveladora de un disco de acreción proviene de observaciones espectroscópicas. El coautor Ryan Foley, profesor asistente de astronomía y astrofísica en la UCSC, y su equipo comenzaron a monitorear el TDE (llamado AT 2018hyz) después de que fuera detectado por primera vez en noviembre de 2018 por el All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). Foley notó un espectro inusual mientras observaba el TDE con el Telescopio Shane de 3 metros en el Observatorio Lick de la UC la noche del 1 de enero de 2019.
"Se me cayó la mandíbula, e inmediatamente supe que esto iba a ser interesante", dijo. "Lo que sobresalía era la línea de hidrógeno - la emisión de gas de hidrógeno -que tenía un perfil de doble pico que no se parecía a ningún otro TDE que hubiéramos visto".
Foley explicó que el doble pico en el espectro es el resultado del efecto Doppler, que desplaza la frecuencia de la luz emitida por un objeto en movimiento. En un disco de acreción en espiral alrededor de un agujero negro y visto en ángulo, parte del material se moverá hacia el observador, por lo que la luz que emite se desplazará a una frecuencia más alta, y parte del material se alejará del observador, su luz se desplazará a una frecuencia más baja.
"Es el mismo efecto que hace que el sonido de un coche en una pista de carreras se desplace de un tono alto cuando el coche viene hacia ti a un tono más bajo cuando pasa y comienza a alejarse de ti", dijo Foley. "Si estás sentado en las gradas, los coches de una curva se mueven todos hacia ti y los coches de la otra curva se alejan de ti. En un disco de acreción, el gas se mueve alrededor del agujero negro de forma similar, y eso es lo que da los dos picos del espectro".
El equipo continuó reuniendo datos durante los siguientes meses, observando el TDE con varios telescopios a medida que evolucionaba con el tiempo. Hung dirigió un análisis detallado de los datos, que indica que la formación del disco tuvo lugar relativamente rápido, en cuestión de semanas después de la interrupción de la estrella. Los hallazgos sugieren que la formación del disco puede ser común entre los TDE detectados ópticamente a pesar de la rareza de la emisión de doble pico, que depende de factores como la inclinación del disco en relación con los observadores.
"Creo que hemos tenido suerte con este", dijo Ramírez-Ruiz. "Nuestras simulaciones muestran que lo que observamos es muy sensible a la inclinación. Hay una orientación preferida para ver estas características de doble pico, y una orientación diferente para ver las emisiones de rayos X".
Además de Hung, Foley, Ramírez-Ruiz y otros miembros del equipo de la UCSC, los coautores del documento también incluyen a científicos del Instituto Niels Bohr de Copenhague (donde Ramírez-Ruiz tiene una Cátedra Niels Bohr); la Universidad de Hong Kong; la Universidad de Melbourne, Australia; el Instituto Carnegie para la Ciencia; y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.
Fuente original: UC Santa Cruz