El 22 de noviembre de 2014, los astrónomos detectaron un evento raro en el cielo nocturno: un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia, a casi 300 millones de años luz de la Tierra, destrozando una estrella que pasa. El evento, conocido comoEl destello de la interrupción de las mareas, debido al tirón de marea masivo del agujero negro que desgarra una estrella, creó una explosión de actividad de rayos X cerca del centro de la galaxia. Desde entonces, una gran cantidad de observatorios han centrado su atención en el evento, con la esperanza deaprender más sobre cómo se alimentan los agujeros negros.
Ahora los investigadores del MIT y de otros lugares han analizado los datos de las observaciones del evento realizadas por múltiples telescopios y han descubierto un pulso o señal curiosamente intenso, estable y periódico de rayos X en todos los conjuntos de datos. La señal parece emanardesde un área muy cercana al horizonte de eventos del agujero negro, el punto más allá del cual el material es ingerido inevitablemente por el agujero negro. La señal parece iluminarse y desvanecerse periódicamente cada 131 segundos, y persiste durante al menos 450 días.
Los investigadores creen que lo que sea que esté emitiendo la señal periódica debe estar orbitando el agujero negro, justo fuera del horizonte de eventos, cerca de la órbita circular estable más interna, o ISCO, la órbita más pequeña en la que una partícula puede viajar con seguridad alrededor de un agujero negro.
Dada la proximidad estable de la señal al agujero negro, y la masa del agujero negro, que los investigadores estimaron previamente que era aproximadamente 1 millón de veces mayor que la del sol, el equipo ha calculado que el agujero negro gira a aproximadamente el 50 por ciento de la velocidad deligero.
Los hallazgos, informados hoy en la revista ciencia , son la primera demostración de un destello de interrupción de la marea que se utiliza para estimar el giro de un agujero negro.
El primer autor del estudio, Dheeraj Pasham, un postdoc en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dice que la mayoría de los agujeros negros supermasivos están inactivos y generalmente no emiten mucha radiación de rayos X. Solo ocasionalmentelibera un estallido de actividad, como cuando las estrellas se acercan lo suficiente como para que los agujeros negros los devoren. Ahora dice que, dados los resultados del equipo, tales destellos de interrupción de las mareas se pueden usar para estimar el giro de los agujeros negros supermasivos, una característica queha sido, hasta ahora, increíblemente difícil de precisar.
"Los eventos en los que los agujeros negros trituran estrellas que se acercan demasiado a ellos podrían ayudarnos a mapear los giros de varios agujeros negros supermasivos que están latentes y ocultos en los centros de las galaxias", dice Pasham. "Esto podría ayudarnos a comprendercómo evolucionaron las galaxias a lo largo del tiempo cósmico "
Los coautores de Pasham incluyen Ronald Remillard, Jeroen Homan, Deepto Chakrabarty, Frederick Baganoff y James Steiner del MIT; Alessia Franchini en la Universidad de Nevada; Chris Fragile del College of Charleston; Nicholas Stone de la Universidad de Columbia; Eric Coughlin dela Universidad de California en Berkeley y Nishanth Pasham, de Sunnyvale, California.
una señal real
Los modelos teóricos de destellos de perturbación de las mareas muestran que cuando un agujero negro destruye una estrella, parte del material de esa estrella puede permanecer fuera del horizonte de eventos, dando vueltas, al menos temporalmente, en una órbita estable como la ISCO, y emitiendo periódicamentedestellos de rayos X antes de ser finalmente alimentados por el agujero negro. La periodicidad de los destellos de rayos X codifica así la información clave sobre el tamaño de la ISCO, que a su vez está dictada por la velocidad del giro del agujero negro.
Pasham y sus colegas pensaron que si podían ver destellos tan regulares muy cerca de un agujero negro que había sufrido un reciente evento de interrupción de las mareas, estas señales podrían darles una idea de qué tan rápido giraba el agujero negro.
Centraron su búsqueda en ASASSN-14li, el evento de interrupción de las mareas que los astrónomos identificaron en noviembre de 2014, utilizando la Encuesta Automática All-Sky para SuperNovas ASASSN.
"Este sistema es emocionante porque creemos que es un niño aficionado a los brotes de interrupción de las mareas", dice Pasham. "Este evento en particular parece coincidir con muchas de las predicciones teóricas".
El equipo examinó los conjuntos de datos archivados de tres observatorios que recopilaron mediciones de rayos X del evento desde su descubrimiento: el observatorio espacial XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y los observatorios Chandra y Swift de la NASA. Pasham desarrolló previamente un código de computadorapara detectar patrones periódicos en datos astrofísicos, aunque no específicamente para eventos de interrupción de las mareas. Decidió aplicar su código a los tres conjuntos de datos para ASASSN-14li, para ver si algún patrón periódico común saldría a la superficie.
Lo que observó fue un estallido sorprendentemente fuerte, estable y periódico de radiación de rayos X que parecía provenir muy cerca del borde del agujero negro. La señal pulsaba cada 131 segundos, durante 450 días, y era extremadamente intensa- alrededor del 40 por ciento por encima del brillo de rayos X promedio del agujero negro.
"Al principio no lo creía porque la señal era muy fuerte", dice Pasham. "Pero lo vimos en los tres telescopios. Así que al final, la señal fue real".
Según las propiedades de la señal y la masa y el tamaño del agujero negro, el equipo estimó que el agujero negro gira al menos al 50 por ciento de la velocidad de la luz.
"Eso no es súper rápido, hay otros agujeros negros con giros que se estima que están cerca del 99 por ciento de la velocidad de la luz", dice Pasham. "Pero esta es la primera vez que podemos usar bengalas de interrupción de las mareas para limitar lagiros de agujeros negros supermasivos "
Iluminando lo invisible
Una vez que Pasham descubrió la señal periódica, correspondía a los teóricos del equipo encontrar una explicación de lo que pudo haberla generado. El equipo ideó varios escenarios, pero el que parece más probable que genere una señal tan fuerte, el destello regular de rayos X implica no solo un agujero negro que destruye una estrella que pasa, sino también un tipo de estrella más pequeño, conocido como una enana blanca, que orbita cerca del agujero negro.
Tal enana blanca puede haber estado dando vueltas alrededor del agujero negro supermasivo, en ISCO, la órbita circular más estable, durante algún tiempo. Solo, no habría sido suficiente para emitir ningún tipo de radiación detectable. A todos los efectos ypropósitos, la enana blanca habría sido invisible para los telescopios mientras rodeaba el agujero negro giratorio relativamente inactivo.
En algún momento alrededor del 22 de noviembre de 2014, una segunda estrella pasó lo suficientemente cerca del sistema que el agujero negro lo desgarró en una llamarada de interrupción de las mareas que emitió una enorme cantidad de radiación de rayos X, en forma de estelar caliente y trituradoMientras el agujero negro tiraba de este material hacia adentro, algunos de los escombros estelares cayeron en el agujero negro, mientras que otros permanecieron justo afuera, en la órbita estable más interna, la misma órbita en la que la enana blanca daba vueltas.entró en contacto con este material estelar caliente, probablemente lo arrastró como una especie de abrigo luminoso, iluminando a la enana blanca en una intensa cantidad de rayos X cada vez que rodeaba el agujero negro, cada 131 segundos.
Los científicos admiten que tal escenario sería increíblemente raro y solo duraría varios cientos de años como máximo, un abrir y cerrar de ojos en escalas cósmicas. Las posibilidades de detectar tal escenario serían extremadamente escasas.
"El problema con este escenario es que, si tienes un agujero negro con una masa que es 1 millón de veces mayor que la del sol, y una enana blanca lo rodea, entonces en algún momento durante unos pocos cientos de años, el blancoel enano se hundirá en el agujero negro ", dice Pasham." Hubiéramos sido extremadamente afortunados de encontrar ese sistema. Pero al menos en términos de las propiedades del sistema, este escenario parece funcionar ".
El significado general de los resultados es que muestran que es posible restringir el giro de un agujero negro, de los eventos de interrupción de las mareas, según Pasham. En el futuro, espera identificar patrones estables similares en otros eventos de destrucción de estrellas, desdeagujeros negros que residen más atrás en el espacio y el tiempo.
"En la próxima década, esperamos detectar más de estos eventos", dice Pasham. "Calcular los giros de varios agujeros negros desde el comienzo de los tiempos hasta ahora sería valioso en términos de estimar si existe una relación entre el giroy la edad de los agujeros negros "
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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