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Así es como se ve cuando un agujero negro mordisquea una estrella

La ilustración muestra un flujo luminoso de materia procedente de una estrella, despedazada al ser devorada por un agujero negro supermasivo. Agujero negro de energía rodeado por un anillo de polvo de NASA / JPL-Caltech

Si bien los agujeros negros y los niños pequeños no parecen tener mucho en común, son notablemente similares en un aspecto: ambos comen desordenados, lo que genera mucha evidencia de que ha tenido lugar una comida.

Pero mientras uno puede dejar excrementos de pasta o un chorrito de yogur, el otro crea una secuela de proporciones alucinantes. Cuando un agujero negro engulle una estrella, produce lo que los astrónomos llaman un “evento de perturbación de las mareas”. Con la destrucción de la desventurada estrella llega una explosión de radiación que puede eclipsar la luz combinada de cada estrella en la galaxia anfitriona del agujero negro durante meses, si no años.

Un equipo de astrónomos dirigido por Sixiang Wen, investigador asociado postdoctoral en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, utiliza rayos X emitidos por un evento de perturbación de las mareas conocido como J2150 para realizar las primeras mediciones de la masa y rotación del agujero negro. Este agujero negro es de un tipo especial, un agujero negro de masa intermedia, que ha escapado a la observación durante mucho tiempo.

“El hecho de que pudiéramos atrapar este agujero negro mientras devoraba una estrella brinda una oportunidad extraordinaria para observar lo que de otro modo sería invisible”, dijo Ann Zabludoff, profesora de astronomía de Arizona y coautora del artículo. “No solo eso, al analizar la erupción, pudimos comprender mejor esta elusiva categoría de agujeros negros, que bien pueden representar la mayoría de los agujeros negros en el centro de las galaxias”.

Al volver a analizar los datos de rayos X utilizados para observar la erupción del J2150 y compararlos con modelos teóricos sofisticados, los autores demostraron que esta erupción de hecho provino de un encuentro entre una estrella desafortunada y un agujero negro de masa intermedia. El agujero negro intermedio en cuestión tiene una masa particularmente baja, es decir, para un agujero negro, y pesa unas 10.000 veces la masa del sol.

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“Las emisiones de rayos X del disco interno formado por los escombros de la estrella muerta nos permitieron deducir la masa y el giro de este agujero negro y clasificarlo como un agujero negro intermedio”, dijo Wen.

Se han observado docenas de eventos de perturbación de mareas en los centros de grandes galaxias que albergan agujeros negros supermasivos, y también se han observado un puñado en los centros de galaxias pequeñas que pueden contener agujeros negros intermedios. Sin embargo, los datos anteriores nunca han sido lo suficientemente detallados como para demostrar que una erupción de perturbación de marea individual fue alimentada por un agujero negro intermedio.

“Gracias a las observaciones astronómicas modernas, sabemos que los centros de casi todas las galaxias de tamaño similar o más grande que nuestra Vía Láctea albergan agujeros negros supermasivos centrales”, dijo el coautor del estudio Nicholas Stone, maestro de conferencias en la Universidad Hebrea de Jerusalén. . “Estos gigantes varían en tamaño entre 1 millón y 10 mil millones de veces la masa de nuestro sol, y se convierten en fuentes poderosas de radiación electromagnética cuando cae demasiado gas interestelar cerca”.

La masa de estos agujeros negros está estrechamente relacionada con la masa total de sus galaxias anfitrionas; las galaxias más grandes albergan los agujeros negros supermasivos más grandes.

“Todavía sabemos muy poco sobre la existencia de agujeros negros en el centro de galaxias más pequeñas que la Vía Láctea”, dijo el coautor Peter Jonker de la Universidad Radboud y el Instituto de Investigación Espacial SRON de Holanda, los dos en los Países Bajos. “Debido a las limitaciones de observación, es difícil encontrar agujeros negros centrales mucho más pequeños que un millón de masas solares”.

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A pesar de su presunta abundancia, los orígenes de los agujeros negros supermasivos siguen siendo desconocidos, y muchas teorías diferentes compiten actualmente para explicarlos, según Jonker. Los agujeros negros de masa intermedia podrían ser las semillas a partir de las cuales se desarrollan los agujeros negros supermasivos.

“Por lo tanto, si tenemos una mejor idea del número de agujeros negros intermedios auténticos, puede ayudar a determinar qué teorías de la formación de agujeros negros supermasivos son correctas”, dijo.

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Aún más emocionante, según Zabludoff, es la medida del giro de la J2150 que el grupo pudo lograr. La medición de espín contiene pistas sobre el crecimiento de los agujeros negros y posiblemente la física de partículas.

Este agujero negro tiene un giro rápido, pero no el giro más rápido posible, explicó Zabludoff, preguntando cómo termina el agujero negro con un giro en este rango.

“Es posible que el agujero negro se haya formado de esta manera y no haya cambiado mucho desde entonces, o que dos agujeros negros de masa intermedia se hayan fusionado recientemente para formar este”, dijo. “Sabemos que la rotación que medimos excluye escenarios en los que el agujero negro se expande durante un largo período de tiempo comiendo gas con regularidad o teniendo muchos bocadillos rápidos de gas que llegan de direcciones aleatorias”.

Además, medir el giro permite a los astrofísicos probar hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura, que se cree que constituye la mayor parte de la materia del universo. La materia oscura puede estar formada por partículas elementales desconocidas que aún no se han visto en experimentos de laboratorio. Entre los candidatos se encuentran partículas hipotéticas conocidas como bosones ultraligeros, explicó Stone.

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“Si estas partículas existen y tienen masas dentro de un cierto rango, evitarán que un agujero negro de masa intermedia gire rápidamente”, dijo. “Sin embargo, el agujero negro J2150 está girando rápido. Por lo tanto, nuestra medición de espín excluye una gran clase de teorías de bosones ultraligeros, que muestran el valor de los agujeros negros como laboratorios extraterrestres para la física de partículas.

En el futuro, las nuevas observaciones de las erupciones de perturbación de las mareas podrían permitir a los astrónomos llenar los vacíos en la distribución de masa de los agujeros negros, según los autores, cuyo artículo es publicado dentro El diario de astrofísica-esperar.

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“Si resulta que la mayoría de las galaxias enanas contienen agujeros negros de masa intermedia, entonces dominarán la tasa de perturbación de las mareas estelares”, dijo Stone. “Al adaptar la emisión de rayos X de estas llamaradas a modelos teóricos, podemos realizar un censo de la población de agujeros negros de masa intermedia en el universo”, agregó Wen.

Sin embargo, para hacer esto, es necesario observar más eventos de perturbación de las mareas. Es por eso que los astrónomos tienen grandes esperanzas de que pronto estarán en línea nuevos telescopios, tanto en la Tierra como en el espacio, incluido el Observatorio Vera C. Rubin, también conocido como Legacy Survey of Space and Time, o LSST, que se espera que descubra miles de eventos disruptivos de las mareas por año.

Fuente: Universidad de Arizona

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