Los agujeros negros que destruyen estrellas están por todas partes en el cielo si sabes cómo buscarlos. Ése es un mensaje de un nuevo estudio realizado por científicos del MIT, que aparece hoy en The Astrophysical Journal .
Los autores del estudio informan sobre el descubrimiento de 18 nuevos eventos de perturbación de marea (TDE), casos extremos en los que una estrella cercana es arrastrada por una marea hacia un agujero negro y destrozada. A medida que el agujero negro se alimenta, emite una enorme explosión de energía en todo el espectro electromagnético.
Los astrónomos han detectado eventos previos de perturbación de mareas buscando estallidos característicos en las bandas ópticas y de rayos X. Hasta la fecha, estas búsquedas han revelado alrededor de una docena de eventos de destrucción de estrellas en el universo cercano. Los nuevos TDE del equipo del MIT duplican con creces el catálogo de TDE conocidos en el universo.
Los investigadores detectaron estos eventos previamente “ocultos” mirando en una banda poco convencional: la infrarroja. Además de emitir ráfagas ópticas y de rayos X, los TDE pueden generar radiación infrarroja, particularmente en galaxias “polvorientas” , donde un agujero negro central está rodeado de desechos galácticos. El polvo de estas galaxias normalmente absorbe y oscurece la luz óptica y de rayos X, así como cualquier signo de TDE en estas bandas. Durante el proceso, el polvo también se calienta, lo que produce una radiación infrarroja detectable. El equipo descubrió que las emisiones infrarrojas, por lo tanto, pueden servir como señal de eventos de alteración de las mareas.
Al observar la banda infrarroja, el equipo del MIT detectó muchas más TDE en galaxias donde este tipo de eventos estaban ocultos anteriormente. Los 18 nuevos eventos ocurrieron en diferentes tipos de galaxias, esparcidas por el cielo.
“La mayoría de estas fuentes no aparecen en bandas ópticas”, dice la autora principal Megan Masterson, estudiante de posgrado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Si desea comprender los TDE en su conjunto y utilizarlos para investigar la demografía de los agujeros negros supermasivos, debe buscar en la banda infrarroja”.
Otros autores del MIT incluyen a Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig y Robert Simcoe, y la profesora asistente de física del MIT Erin Kara, junto con colaboradores de múltiples instituciones, incluido el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania.
Pico de calor
El equipo detectó recientemente el TDE más cercano hasta el momento, buscando a través de observaciones infrarrojas. El descubrimiento abrió una nueva ruta basada en el infrarrojo mediante la cual los astrónomos pueden buscar agujeros negros que se alimentan activamente.
Esa primera detección impulsó al grupo a buscar más EDT. Para su nuevo estudio, los investigadores buscaron en observaciones de archivo tomadas por NEOWISE, la versión renovada del Explorador de encuestas infrarrojas de campo amplio de la NASA. Este telescopio satelital se lanzó en 2009 y, después de una breve pausa, continuó escaneando todo el cielo en busca de “transitorios” infrarrojos o ráfagas breves.
El equipo examinó las observaciones archivadas de la misión utilizando un algoritmo desarrollado por el coautor Kishalay De. Este algoritmo selecciona patrones en las emisiones infrarrojas que probablemente sean signos de una explosión transitoria de radiación infrarroja . Luego, el equipo comparó los transitorios marcados con un catálogo de todas las galaxias cercanas conocidas dentro de 200 megaparsecs, o 600 millones de años luz. Descubrieron que los transitorios infrarrojos podían rastrearse hasta unas 1.000 galaxias.
Luego ampliaron la señal del estallido infrarrojo de cada galaxia para determinar si la señal surgió de una fuente distinta a un TDE, como un núcleo galáctico activo o una supernova. Después de descartar estas posibilidades, el equipo analizó las señales restantes, buscando un patrón infrarrojo característico de un TDE, es decir, un pico agudo seguido de una caída gradual, que refleja un proceso por el cual un agujero negro, al desgarrar un estrella, calienta repentinamente el polvo circundante a unos 1.000 kelvin antes de enfriarse gradualmente.
Este análisis reveló 18 señales “limpias” de eventos de alteración de las mareas. Los investigadores examinaron las galaxias en las que se encontró cada TDE y vieron que ocurrían en una variedad de sistemas, incluidas galaxias polvorientas, en todo el cielo.
“Si mirases hacia el cielo y vieras un montón de galaxias, las TDE se producirían de forma representativa en todas ellas”, dice Masterson. “No es que sólo estén ocurriendo en un tipo de galaxia, como la gente pensaba basándose únicamente en búsquedas ópticas y de rayos X”.
“Ahora es posible mirar a través del polvo y completar el censo de TDE cercanas”, dice Edo Berger, profesor de astronomía en la Universidad de Harvard, que no participó en el estudio. “Un aspecto particularmente interesante de este trabajo es el potencial de los estudios de seguimiento con grandes exploraciones infrarrojas, y estoy emocionado de ver qué descubrimientos producirán”.
Una solución polvorienta
Los descubrimientos del equipo ayudan a resolver algunas cuestiones importantes en el estudio de los fenómenos de perturbación de las mareas. Por ejemplo, antes de este trabajo, los astrónomos habían visto principalmente TDE en un tipo de galaxia: un sistema “post-estallido estelar” que anteriormente había sido una fábrica de formación estelar, pero que desde entonces se ha asentado. Este tipo de galaxia es raro y los astrónomos estaban desconcertados sobre por qué las TDE parecían aparecer sólo en estos sistemas más raros. Resulta que estos sistemas también están relativamente libres de polvo, lo que hace que las emisiones ópticas o de rayos X de un TDE sean naturalmente más fáciles de detectar.
Ahora, al observar la banda infrarroja, los astrónomos pueden ver TDE en muchas más galaxias. Los nuevos resultados del equipo muestran que los agujeros negros pueden devorar estrellas en una variedad de galaxias, no solo en sistemas posteriores a estallidos estelares.
Los hallazgos también resuelven un problema de “energía faltante”. Los físicos han predicho teóricamente que los TDE deberían irradiar más energía de la que realmente se ha observado. Pero el equipo del MIT dice ahora que el polvo puede explicar la discrepancia. Descubrieron que si se produce un TDE en una galaxia polvorienta, el polvo mismo podría absorber no sólo emisiones ópticas y de rayos X sino también radiación ultravioleta extrema, en una cantidad equivalente a la supuesta “energía faltante”.
Las 18 nuevas detecciones también están ayudando a los astrónomos a estimar la velocidad a la que se producen las TDE en una galaxia determinada. Cuando comparan las nuevas TDE con detecciones anteriores, estiman que una galaxia experimenta un evento de interrupción de marea una vez cada 50.000 años. Esta tasa se acerca más a las predicciones teóricas de los físicos. Con más observaciones infrarrojas , el equipo espera resolver la tasa de TDE y las propiedades de los agujeros negros que los alimentan.
“A la gente se le ocurrían soluciones muy exóticas para estos acertijos, y ahora hemos llegado al punto en el que podemos resolverlos todos”, dice Kara. “Esto nos da la confianza de que no necesitamos toda esta física exótica para explicar lo que estamos viendo. Y tenemos un mejor manejo de la mecánica detrás de cómo una estrella es destrozada y devorada por un agujero negro. entender mejor estos sistemas.”
Fuente: phys.org