Un destello misteriosamente brillante es un chorro de un agujero negro que apunta directamente hacia la Tierra, dicen los astrónomos

Los astrónomos identificaron un chorro de agujero negro extremadamente brillante, en la mitad del universo, apuntando directamente hacia la Tierra.
Crédito:
Dheeraj Pasham, Matteo Lucchini y Margaret Trippe.

A principios de este año, los astrónomos estaban al tanto de los datos de la Instalación Transitoria Zwicky, un estudio de todo el cielo con base en el Observatorio Palomar en California, cuando detectaron un destello extraordinario en una parte del cielo donde no se había observado esa luz durante la noche anterior. A partir de un cálculo aproximado, el destello pareció emitir más luz que 1.000 billones de soles.

El equipo, dirigido por investigadores de la NASA, Caltech y otros lugares, publicó su descubrimiento en un boletín de Astronomía, donde la señal llamó la atención de los astrónomos de todo el mundo, incluidos los científicos del MIT. Durante los días siguientes, varios telescopios se enfocaron en la señal para recopilar más datos a través de múltiples longitudes de onda en las bandas de rayos X, ultravioleta, óptica y de radio, para ver qué podría producir una cantidad tan enorme de luz.

Ahora, los astrónomos del MIT junto con sus colaboradores han determinado una fuente probable de la señal. En un estudio que aparece hoy en ‘Nature Astronomy‘, los científicos informan que la señal, denominada AT 2022cmc, probablemente proviene de un chorro relativista de materia que sale de un agujero negro supermasivo a una velocidad cercana a la de la luz. Creen que el chorro es el producto de un agujero negro que de repente comenzó a devorar una estrella cercana, liberando una gran cantidad de energía en el proceso.

Los astrónomos han observado otros «eventos de disrupción de marea» o TDE (Tidal Disruption Events), en los que una estrella que pasa es desgarrada por las fuerzas de marea de un agujero negro. AT 2022cmc es más brillante que cualquier TDE descubierto hasta la fecha. La fuente es también el TDE más lejano jamás detectado, a unos 8.500 millones de años luz de distancia, más de la mitad del universo.

¿Cómo podría un evento tan lejano aparecer tan brillante en nuestro cielo? El equipo dice que el chorro del agujero negro puede estar apuntando directamente hacia la Tierra, lo que hace que la señal parezca más brillante que si el chorro apuntara en cualquier otra dirección. El efecto es un «refuerzo Doppler» y es similar al sonido amplificado de una sirena que pasa.

AT 2022cmc es el cuarto TDE potenciado por Doppler jamás detectado y el primero de este tipo que se observa desde 2011. También es el primer TDE descubierto mediante un estudio óptico del cielo.

A medida que se pongan en marcha telescopios más potentes en los próximos años, revelarán más TDE, que pueden arrojar luz sobre cómo crecen los agujeros negros supermasivos y dan forma a las galaxias que los rodean.

«Sabemos que hay un agujero negro supermasivo por galaxia, y se formaron muy rápidamente en el primer millón de años del universo», dice el coautor Matteo Lucchini, un postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Eso nos dice que se alimentan muy rápido, aunque no sabemos cómo funciona ese proceso de alimentación. Por lo tanto, las fuentes como un TDE en realidad pueden ser unas muy buenas sondas de cómo ocurre ese proceso».

Los coautores del MIT de Lucchini incluyen al primer autor y científico investigador Dheeraj «DJ» Pasham, el postdoctorado Peter Kosec, la Profesora Asistente Erin Kara y el científico Investigador Principal Ronald Remillard, junto con colaboradores en universidades e instituciones de todo el mundo.

Vídeo animado del descubrimiento de un chorro relativista, lanzado por un agujero negro. La nueva señal AT2022cmc fue detectada por investigadores del MIT y otros lugares. Este vídeo ha sido producido por el MIT, con la colaboración de Dheeraj Reddy (MIT), Tomás E. Müller Bravo (ICE-CSIC e IEEC) y Noel Castro Segura (Universidad de Southampton), entre otros. 
Crédito:
Dheeraj Pasham, Matteo Lucchini y Margaret Trippe.

Frenesí de alimentación

Tras el descubrimiento inicial de AT 2022cmc, Pasham y Lucchini se centraron en la señal utilizando el Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER), un telescopio de rayos X que opera a bordo de la Estación Espacial Internacional.

“Las cosas parecían bastante normales los primeros tres días”, recuerda Pasham. «Luego lo miramos con un telescopio de rayos X y lo que encontramos fue que la fuente era demasiado brillante».

Por lo general, estos destellos brillantes en el cielo son estallidos de rayos gamma, chorros extremos de emisiones de rayos X que se desprenden del colapso de estrellas masivas.

“Este evento en particular fue 100 veces más poderoso que el resplandor más poderoso del estallido de rayos gamma”, dice Pasham. “Fue algo extraordinario”.

Luego, el equipo recopiló observaciones de otros telescopios de rayos X, radio, ópticos y UV y rastreó la actividad de la señal durante las siguientes semanas. La propiedad más notable que observaron fue la extrema luminosidad de la señal en la banda de rayos X. Descubrieron que las emisiones de rayos X de AT 2022cmc oscilaron ampliamente en un factor de 500 durante unas pocas semanas,

Sospecharon que una actividad de rayos X tan extrema debe ser impulsada por un «episodio de acreción extrema», un evento que genera un enorme disco giratorio, como un evento de interrupción por mareas, en el que una estrella triturada crea un remolino de escombros a medida que cae en un agujero negro.

De hecho, el equipo descubrió que la luminosidad de los rayos X de AT 2022cmc era comparable, aunque más brillante, a la de tres TDE detectados anteriormente. Estos eventos brillantes generaron chorros de materia que apuntan directamente hacia la Tierra. Los investigadores se preguntaron: si la luminosidad de AT 2022cmc es el resultado de un chorro similar dirigido a la Tierra, ¿a qué velocidad debe moverse el chorro para generar una señal tan brillante? Para responder a esto, Lucchini modeló los datos de la señal, asumiendo que el evento involucraba un avión que se dirigía directamente hacia la Tierra.

“Descubrimos que la velocidad del chorro es el 99,99 por ciento de la velocidad de la luz”, dice Lucchini.

Para producir un chorro tan intenso, el agujero negro debe estar en una fase extremadamente activa, lo que Pasham describe como un «frenesí de hiperalimentación».

“Probablemente se esté tragando la estrella a razón de la mitad de la masa del Sol por año”, estima Pasham. «Gran parte de esta interrupción de las mareas ocurre desde el principio, y pudimos detectar este evento desde el principio, dentro de una semana desde que el agujero negro comenzó a alimentarse de la estrella».

“Esperamos muchos más de estos TDE en el futuro”, agrega Lucchini. «Entonces podríamos decir, finalmente, cómo exactamente los agujeros negros lanzan estos chorros extremadamente poderosos».

Fuente: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Artículo original: Mysteriously bright flash is a black hole jet pointing straight toward Earth, astronomers say‘. Jennifer Chu. November 30, 2022´.

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