Cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro ya sabemos lo que pasa, al menos en su mayor parte. La fuerza de marea intensa destroza la estrella en lo que se conoce como un evento de disrupción de marea, lo que desata un haz final de luz antes que los escombros de la estrella pasen por el horizonte de eventos.
Los detalles concretos de este fenómeno han sido difíciles de precisar. Teóricamente los escombros deberían juntarse en un disco, mientras orbitan y caen sobre el agujero negro. Sin embargo, la mayoría de eventos de disrupción de marea (TDE por sus siglas en inglés) que hemos podido observar no muestran evidencia de haber emitido rayos X que prueban la presencia de un disco de acreción.
“En la teoría clásica, la llamarada TDE está impulsada por un disco de acreción, que produce rayos X desde la región interior donde el gas caliente entra en espiral hacia el agujero negro”, dijo la astrónoma Tiara Hung de la Universidad de California en Santa Cruz. “Pero para la mayoría de los TDE, no vemos rayos X, en su mayoría brillan en las longitudes de onda ultravioleta y óptica, por lo que se sugirió que, en lugar de un disco, estamos viendo emisiones de la colisión de corrientes de escombros estelares”.
Esto ha llevado a algunos astrónomos a especular con que la disrupción estelar de marea es un fenómeno muy breve como para que se forme un disco de acreción, pero una nueva investigación ha mostrado lo contrario. Usando observaciones ópticas y de ultravioleta de un TDE, los astrónomos han encontrado clara evidencia de un cambio de luz que se esperaba debido a la rotación del disco de acreción.
“Esta es la primera confirmación sólida de que se forman discos de acreción en estos eventos, incluso cuando no vemos rayos X”, dijo el astrofísico Enrico Ramirez-Ruiz de la UCSC.
El evento de disrupción tuvo lugar en una galaxia llamada 2MASS J10065085+0141342, a 624 millones de años luz de distancia.
Hacia fines de 2018, los astrónomos detectaron el destello revelador que indicaba que el agujero negro supermasivo en el mismo estaba interrumpiendo una estrella, y los investigadores sintonizaron para observar en múltiples longitudes de onda a medida que evolucionaba la luz. Llamaron al evento de interrupción de las mareas AT 2018hyz.
Más tarde pudieron calcular que un agujero negro supermasivo de alrededor de varios millones de veces la masa del Sol había interrumpido la estrella. Pero también había algo más en las observaciones espectroscópicas: un pico doble en lo que se conoce como emisión de Balmer, que se genera cuando los electrones en los átomos de hidrógeno pasan a un nivel de energía más bajo.
“Me quedé boquiabierto e inmediatamente supe que esto iba a ser interesante”, dijo el astrofísico Ryan Foley de UCSC, quien vio la extraña firma. “Lo que se destacó fue la línea de hidrógeno, la emisión de gas hidrógeno, que tenía un perfil de doble pico que no se parecía a ningún otro TDE que habíamos visto”.
Este doble pico de emisión amplia de Balmer en un núcleo galáctico activo se interpreta como evidencia de un disco de acreción. Donde estas líneas caen en el espectro puede mostrar evidencia de movimiento en su desplazamiento Doppler.
Las ondas de luz que se emiten desde algo que se mueve hacia nosotros se acortan hacia el lado azul del espectro o se desplazan al azul. Pero las ondas de luz de un objeto que se aleja se alargan o se desplazan al rojo. Puede ver ejemplos de ambos en el diagrama siguiente:
Cuando miramos algo como un disco desde el ángulo correcto, veremos evidencia de ambos cambios: el desplazamiento hacia el azul del lado que gira hacia nosotros y el rojo hacia el lado que gira hacia afuera. Puede usarse no solo para determinar la rotación, sino también la velocidad de esa rotación.
“Creo que tuvimos suerte con este”, dijo Ramírez-Ruiz, quien en 2018 fue coautor de un artículo que presenta un modelo unificado para eventos de interrupción de las mareas.
“Nuestras simulaciones muestran que lo que observamos es muy sensible a la inclinación. Existe una orientación preferida para ver estas características de doble pico y una orientación diferente para ver las emisiones de rayos X”.
A medida que AT 2018hyz continuó evolucionando en el transcurso de varios meses, el equipo continuó tomando observaciones de múltiples longitudes de onda, comparándolas con otros TDE, así como con simulaciones y modelos.
Determinaron que el disco de acreción estaba compuesto por alrededor del 5 por ciento de la masa inicial de la estrella, y que se había formado increíblemente rápido, en el lapso de un mes.
La interpretación del equipo de un origen de disco para la emisión de Balmer de doble pico no es independiente. Independientemente, un equipo internacional de investigadores dirigido por el astrónomo Phil Short de la Universidad de Edimburgo en Escocia llegó a la misma conclusión.
En un artículo previo a la impresión presentado a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Short y su equipo señalan que “AT 2018hyz es el primer TDE en el que se han observado líneas de emisión claras de doble pico y proporciona una fuerte evidencia de observación de que los discos de acreción se forman en al menos algunos TDE y son una fuente significativa de la luminosidad observada “.
Sin embargo, todavía quedan misterios por resolver. Short y su equipo notan que los picos dobles solo aparecieron brevemente antes de desvanecerse, y no saben por qué. Además, Hung y su equipo llaman la atención sobre la ausencia de picos dobles en otras observaciones de TDE.
Ambos grupos sugieren que podríamos hacer bien en prestar más atención a los TDE en el futuro.
La investigación del equipo de Hung ha sido aceptada en The Astrophysical Journal y está disponible en arXiv.
Fuente: Science Alert.
