El evento más lejano de agujero negro que engulle a una estrella

Las estrellas que se encuentran demasiado cerca de un agujero negro son destrozadas por sus increíbles fuerzas de marea en lo que se conoce como un evento de disrupción de marea (TDE, Tidal Disruption Event). Aproximadamente el 1 % de estos eventos hacen que los chorros de plasma y radiación sean expulsados por los polos del agujero negro giratorio.

En 1971, el pionero de los agujeros negros, John Wheeler, introdujo el concepto de TDE con chorro como "un tubo de pasta de dientes que se aprieta con fuerza desde la zona media" haciendo que el sistema "expulse materia por ambos extremos". Desde entonces no se han dejado de investigar.

A principios de este año, el telescopio de rastreo Zwicky Transient Facility (ZTF, en EE UU) detectó una fuente inusual de luz visible, y enseguida se alertó a varios telescopios, incluido el Very Large Telescope (VLT) que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.

El VLT fue rápidamente redirigido hacia la fuente, que resultó ser un agujero negro supermasivo de una galaxia distante que había devorado una estrella, expulsando las sobras en forma de chorro. También determinó que era el ejemplo más lejano de tal evento jamás observado. Los resultados se publican en las revistas 'Nature' y 'Nature Astronomy'.

Aunque la mayoría de las TDE detectadas se originan en el universo cercano, este evento procedía de una galaxia situada a unos 12.400 millones de años luz y solo ha sido visible desde la Tierra debido a su excepcional brillo. Además, debido a que el chorro apunta casi hacia nosotros, también es la primera vez que se descubre en luz visible, proporcionando una nueva forma de detectar estos eventos extremos.

"Solo hemos visto un puñado de estos TDE con chorro y siguen siendo eventos muy exóticos y poco conocidos", afirma Nial Tanvir, de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, quien dirigió las observaciones con el VLT para determinar la distancia del objeto.

Por lo tanto, la comunidad astronómica busca constantemente estos eventos extremos para comprender cómo se crean realmente los chorros y por qué una fracción tan pequeña de TDE los produce.

Descubrimiento con varios telescopios

Como parte de esta búsqueda, muchos telescopios, incluido el ZTF, estudian de manera continua el cielo en busca de signos de eventos de corta duración, a menudo extremos, que luego podrían ser estudiados con mayor profundidad de detalle por otros telescopios.

"Desarrollamos una pipeline (un código de canalización de datos) de código abierto para almacenar y extraer información importante del sondeo de ZTF y para que, a su vez, nos alertara en tiempo real ante de presencia de eventos atípicos", explica Igor Andreoni, astrónomo de la Universidad de Maryland en los Estados Unidos que codirigió el artículo publicado hoy en 'Nature' junto con Michael Coughlin, de la Universidad de Minnesota.

En febrero de este año, el ZTF detectó una nueva fuente de luz visible. El evento, llamado AT2022cmc, fue una reminiscencia de un estallido de rayos gamma, la fuente de luz más potente del universo. La perspectiva de presenciar este raro fenómeno llevó al equipo a activar varios telescopios de todo el mundo para observar la misteriosa fuente con más detalle y en diversas longitudes de onda.

Etiquetado de emisiones del evento de disrupción de marea (TDE). / Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC)

Esto incluyó el VLT, que observó este nuevo evento con el instrumento X-shooter. Sus datos colocaron la fuente a una distancia sin precedentes para estos eventos: la luz producida por AT2022cmc comenzó su viaje cuando el universo tenía aproximadamente un tercio de su edad actual.

Un total de 21 telescopios de todo el mundo recopiló una amplia variedad de rangos de luz, desde rayos gamma de alta energía hasta ondas de radio. El equipo comparó estos datos con diferentes tipos de eventos conocidos, desde estrellas colapsadas hasta kilonovas.

Pero el único escenario que coincidía con los datos era un raro TDE con chorro apuntando hacia nosotros. Giorgos Leloudas, astrónomo de DTU Space, en Dinamarca, y coautor de este estudio, explica que "el hecho de que el chorro relativista apunte hacia nosotros, hace que el evento sea mucho más brillante de lo que parecería de otra manera, y también lo hace visible en un espectro más amplio del espectro electromagnético.".

"Hasta ahora, el pequeño número de TDE con chorro que se conocen se había detectado, inicialmente, utilizando telescopios de rayos gamma y rayos X de alta energía, pero este fue el primer descubrimiento de un evento de este tipo durante un estudio óptico", declara el coautor Daniel Perley, astrónomo de la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido).

Estos resultados muestran una nueva forma de detectar los TDE con chorro, permitiendo un estudio más profundo de estos eventos raros y de los ambientes extremos que rodean a los agujeros negros.

Referencia:

Igor Andreoni et al. 'A very luminous jet from the disruption of a star by a massive black hole'. 'Nature', 2022.

Dheeraj Pasham et al. 'The Birth of a Relativistic Jet Following the Disruption of a Star by a Cosmological Black Hole'. 'Nature Astronomy', 2022.