El Hubble localiza un agujero negro masivo errante

Fuente NASA

Como en una escena de ciencia ficción, astrónomos que utilizan telescopios de la NASA han descubierto «Tiburón Espacial».

A 600 millones de años luz de distancia, en las profundidades negras entre las estrellas, se esconde un monstruo invisible que devora cualquier estrella que se precipita hacia él. El escurridizo agujero negro delató su presencia en un evento de disrupción de marea (EDT) recientemente identificado, donde una estrella fue destrozada y engullida por una espectacular explosión de radiación. Estos eventos de disrupción son potentes sondas de la física de los agujeros negros, que revelan las condiciones necesarias para el lanzamiento de chorros y vientos cuando un agujero negro está en pleno proceso de consumir una estrella, y se observan como objetos brillantes en los telescopios.

El nuevo TDE, denominado AT2024tvd, permitió a los astrónomos localizar con precisión un agujero negro supermasivo errante utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Observaciones similares del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y del telescopio Very Large Array del NRAO también respaldaron la localización del agujero negro, que también mostró que está desplazado del centro de la galaxia.

El artículo se publicará en un próximo número de The Astrophysical Journal Letters.

Sorprendentemente, este agujero negro de un millón de masas solares no reside exactamente en el centro de la galaxia anfitriona, donde suelen encontrarse los agujeros negros supermasivos, que devoran activamente el material circundante. De los aproximadamente 100 eventos de TDE registrados por estudios ópticos del cielo hasta la fecha, esta es la primera vez que se identifica un TDE desfasado. El resto están asociados con los agujeros negros centrales de las galaxias.

De hecho, en el centro de la galaxia anfitriona hay un agujero negro supermasivo diferente, con una masa 100 millones de veces mayor que la del Sol. La precisión óptica del Hubble muestra que el TDE se encontraba a solo 2600 años luz del agujero negro más masivo en el centro de la galaxia. Eso es solo una décima parte de la distancia entre nuestro Sol y el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea.

Este agujero negro, de mayor tamaño, expulsa energía al acrecentar el gas que cae hacia él, y se clasifica como un núcleo galáctico activo. Curiosamente, los dos agujeros negros supermasivos coexisten en la misma galaxia, pero no están unidos gravitacionalmente como un par binario. El agujero negro más pequeño podría eventualmente desviarse en espiral hacia el centro de la galaxia para fusionarse con el agujero negro más grande. Pero por ahora, están demasiado separados como para estar unidos gravitacionalmente.

Un TDE ocurre cuando una estrella que cae hacia él se estira o se «espaguetiza» por las inmensas fuerzas de marea gravitacionales de un agujero negro. Los remanentes estelares fragmentados son atraídos a una órbita circular alrededor del agujero negro. Esto genera choques y flujos de salida con altas temperaturas que pueden observarse en luz ultravioleta y visible.

“AT2024tvd es el primer TDE desplazado capturado por estudios ópticos del cielo, y abre la posibilidad de descubrir esta esquiva población de agujeros negros errantes con futuros estudios del cielo”, afirmó el autor principal del estudio, Yuhan Yao, de la Universidad de California en Berkeley. Hasta el momento, los teóricos no han prestado mucha atención a los TDE descentrados. Creo que este descubrimiento motivará a los científicos a buscar más ejemplos de este tipo de evento.

Un destello en la noche

El agujero negro que devoraba estrellas se delató cuando varios telescopios terrestres de sondeo del cielo observaron una llamarada tan brillante como una supernova. Pero a diferencia de una supernova, los astrónomos saben que esto se originó en un agujero negro que devoraba una estrella, ya que la llamarada era muy caliente y mostraba amplias líneas de emisión de hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno y silicio. La Instalación Transitoria Zwicky del Observatorio Palomar de Caltech, con su telescopio de 1,2 metros que observa todo el cielo del norte cada dos días, fue la primera en observar el evento.

“Los eventos de disrupción de marea son muy prometedores para esclarecer la presencia de agujeros negros masivos que de otro modo no podríamos detectar”, afirmó Ryan Chornock, profesor adjunto asociado de UC Berkeley y miembro del equipo del ZTF. “Los teóricos han predicho que debe existir una población de agujeros negros masivos ubicados lejos de los centros de las galaxias, pero ahora podemos usar las TDE para encontrarlos”.

La llamarada aparentemente se desplazó del centro de una galaxia masiva y brillante, según lo catalogado por el Pan-STARRS (Telescopio de Rastreo Panorámico y Sistema de Respuesta Rápida), el Sloan Digital Sky Survey y el DESI Legacy Imaging Survey. Para determinar con mayor precisión que no se encontraba en el centro galáctico, el equipo de Yao utilizó el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para confirmar que los rayos X provenientes del lugar de la llamarada también estaban desviados.

Fue necesario el poder de resolución del Hubble para disipar cualquier incertidumbre. La sensibilidad del Hubble a la luz ultravioleta también le permite determinar con precisión la ubicación del TDE, que es mucho más azul que el resto de la galaxia.

Origen desconocido

El agujero negro responsable del TDE merodea dentro del bulbo de la galaxia masiva. El agujero negro solo se hace visible cada pocas decenas de miles de años cuando «eructa» tras capturar una estrella, y luego se silencia de nuevo hasta que aparece su siguiente alimento.

¿Cómo se descentró el agujero negro? Estudios teóricos previos han demostrado que los agujeros negros pueden ser expulsados ​​del centro de las galaxias debido a interacciones de tres cuerpos, donde el miembro de menor masa es expulsado. Este podría ser el caso, dada la proximidad del sigiloso agujero negro al agujero negro central. «Si el agujero negro experimentó una triple interacción con otros dos agujeros negros en el núcleo de la galaxia, aún puede permanecer ligado a ella, orbitando alrededor de la región central», dijo Yao.

Una explicación alternativa es que el agujero negro es el remanente superviviente de una galaxia más pequeña que se fusionó con la galaxia anfitriona hace más de mil millones de años. De ser así, el agujero negro podría eventualmente entrar en espiral y fusionarse con el agujero negro activo central en un futuro muy lejano. Por lo tanto, actualmente, los astrónomos desconocen si se está produciendo una fusión.

Erica Hammerstein, investigadora postdoctoral de la UC Berkeley, analizó las imágenes del Hubble como parte del estudio, pero no encontró evidencia de una fusión de galaxias en el pasado. Sin embargo, explicó: «Ya existe evidencia sólida de que las fusiones de galaxias aumentan las tasas de TDE, pero la presencia de un segundo agujero negro en la galaxia anfitriona de AT2024tvd significa que, en algún momento del pasado de esta galaxia, debió ocurrir una fusión».

Observatorios como el Hubble y el Chandra, especializados en diferentes tipos de luz, trabajan juntos para identificar y comprender mejor eventos fugaces como estos. Entre los futuros telescopios que también estarán optimizados para capturar eventos transitorios como este se incluyen el Observatorio Vera C. Rubin de la Fundación Nacional de Ciencias y el próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA. Proporcionarán más oportunidades para que las observaciones de seguimiento del Hubble permitan localizar con exactitud la ubicación de un fenómeno transitorio.