¿Ese agujero negro supermasivo destrozó una estrella o está devorando su almuerzo como siempre?

Fuente AAS (American Astronomical Society).

Los agujeros negros supermasivos en el centro de la mayoría de las galaxias son, notoria y previsiblemente, actores violentos del universo. Mientras que algunos, clasificados como núcleos galácticos activos, actúan como un drenaje para sus galaxias anfitrionas, absorbiendo todo lo que cae en ellos, incluso los agujeros negros latentes reaccionan de forma destructiva al ser provocados. Si orbitas demasiado cerca, cualquier núcleo galáctico te destrozará como un estudiante de química de primer año que, sin darse cuenta, cae un vaso de precipitados de la mesa de laboratorio.

Si una estrella desafortunada cae en un agujero negro, el sistema brillará brevemente en todo el espectro electromagnético. Cuándo y dónde ocurren estos accidentes, conocidos como eventos de disrupción de marea (EDM, mostrados en la Figura 1), así como los procesos físicos exactos que causan el breve brillo, no se comprenden bien. Los EDM se han detectado abrumadoramente en galaxias sin núcleos galácticos activos y que se están calmando tras una era de intensa formación estelar, y los modelos actuales de la tasa de ocurrencia de los EDM discrepan con las observaciones. Esperamos ver más tipos de galaxias, como aquellas con núcleos galácticos activos, que albergan TDE en tasas similares, pero no es así; sin embargo, es posible que estemos mirando en los lugares equivocados, o mejor dicho, con el par de ojos equivocado.

Tradicionalmente, los TDE se han identificado por su emisión óptica, ultravioleta o de rayos X, pero los núcleos galácticos activos están rodeados de polvo, que absorbe la luz en estas longitudes de onda en su camino hacia nosotros. Sin embargo, en longitudes de onda de radio, el problema de la oscurecimiento por polvo se desvanece, lo que nos permite descubrir los TDE que podrían estar ocultos. Si bien se ha observado emisión de radio en TDE conocidos, identificarlos en radio presenta un obstáculo importante, presentado por los propios núcleos galácticos activos; son conocidos por su variabilidad en emisión de radio y pueden servir como impostores de TDE bastante convincentes.

Buscando TDE en longitudes de onda de radio

Los autores de hoy deciden asumir este reto, con datos del estudio piloto de Transitorios Variables y Lentos (VAST), que observa amplias franjas del cielo a intervalos regulares para rastrear la variabilidad en el orden de días a meses. El VAST está optimizado para observar TDE, pero desafortunadamente, también es excelente para encontrar núcleos galácticos activos. ¿Cómo sabemos qué buscar y cómo podemos distinguir un TDE de un núcleo galáctico activo? Fácil, podemos simplemente identificar características comunes a todos los TDE emisores de radio conocidos en el campo de visión del VAST, es decir, a todos. Sin duda, esto no funcionará. En su lugar, nuestros autores simulan la evolución de los TDE observados por el VAST, que solo puede captar instantáneas discretas de luz en una longitud de onda de radio específica. Sus modelos de emisión de radio de TDE asumen uno de tres casos: el TDE produce un chorro relativista dirigido hacia nosotros (en el eje), dirigido en dirección opuesta a nosotros (fuera del eje) o ninguno. La presencia o ausencia de un chorro, y su dirección, determinan la forma de la curva de luz, como se muestra en la Figura 3.

A partir de estas simulaciones, los autores identifican tres características generales que deben presentar los futuros TDE: primero, deben ser variables, lo que indica el destello de actividad cuando la estrella choca con el agujero negro; segundo, el destello debe ser lo suficientemente brillante en comparación con el brillo normal de la galaxia; y tercero, el destello debe durar más de una observación para garantizar que no sea una detección falsa. Además, los autores encuentran que el brillo máximo del TDE debe ser el doble del brillo típico de la galaxia para descartar eficazmente los impostores de núcleos galácticos activos, que no tienden a variar tan drásticamente, como se muestra en la Figura 4. Finalmente, el TDE debe ocurrir realmente cerca del centro de una galaxia (la ubicación del agujero negro), como lo confirman los catálogos de sondeos ópticos o infrarrojos. En el sondeo piloto VAST, 12 fuentes cumplen estos criterios.

Seguimiento de candidatos a TDE en otras longitudes de onda

A continuación, los autores sometieron a estos candidatos a TDE a un exhaustivo análisis multilongitud de onda utilizando datos de estudio de archivo. En primer lugar, investigaron si estaban asociados con estallidos de rayos gamma, eventos extremadamente luminosos y energéticos que pueden acompañar a los TDE. Desafortunadamente, los rayos gamma se absorben fácilmente, lo que dificulta enormemente rastrear su origen. (Después de todo, el viaje de un rayo gamma a través de años luz de polvo y gas hasta la Tierra no es diferente del regreso de Odiseo a Ítaca, y todos sabemos cuántos lograron ese viaje ilesos).

Los autores descubrieron que las 12 fuentes coincidían con un estallido de rayos gamma, pero también coincidían con múltiples estallidos de rayos gamma (lo cual es poco probable que sea físico), al igual que con regiones aleatorias del cielo VAST libres de TDE. En otras palabras, la asociación con los estallidos de rayos gamma no es concluyente. Las observaciones ópticas e infrarrojas contemporáneas de los candidatos no revelaron erupciones correspondientes, lo que plantea más preguntas. ¿Están las fuentes simplemente demasiado lejanas para que sus destellos ópticos e infrarrojos sean perceptibles, o podría estar relacionada con la absorción de polvo? Además, casi todos los candidatos mantuvieron un flujo de radio elevado tras el destello de TDE. Esto podría indicar que el TDE se produjo dentro de un núcleo galáctico activo en transición a un estado de mayor flujo de radio, que el TDE fue seguido por una intensa formación estelar, o ambas cosas.

Al comparar sus candidatos con las manifestaciones observacionales esperadas de sus modelos de TDE, los autores concluyen que las fuentes candidatas son consistentes con los TDE que presentan chorros relativistas. También limitan de forma independiente la tasa de incidencia de los TDE, lo cual concuerda con la teoría actual. A medida que nuestra ventana al universo de radio variable se amplíe con futuras observaciones, como con el estudio VAST en curso, tendremos una población creciente de estos TDE detectados por radio para estudiar, y la capacidad de distinguirlos de los núcleos galácticos activos regulares será cada vez más valiosa en nuestra búsqueda por comprenderlos.

Referencia

• Hannah Dykaar et al. An Untargeted Search for Radio-Emitting Tidal Disruption Events in the VAST Pilot Survey. 2024 ApJ 973 104DOI 10.3847/1538-4357/ad5a98