Astrónomos del MIT, la Universidad de Columbia y otras instituciones utilizaron el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA para observar a través de gruesas capas de polvo en galaxias cercanas y estudiar las consecuencias de que los agujeros negros devoren estrellas.A diferencia de las galaxias activas, que devoran constantemente material cercano, estos agujeros negros están inactivos y activos sólo brevemente para devorar estrellas que tienen la mala suerte de pasar.
Astrónomos del MIT, la Universidad de Columbia y otras instituciones utilizaron el telescopio espacial James Webb de la NASA para observar la escena después del festín estelar del agujero negro a través del polvo de las galaxias cercanas. Fuente de la imagen: NRAO/AUI/NSF/NASA
Por primera vez, los investigadores han detectado múltiples eventos de alteración de las mareas utilizando el telescopio espacial James Webb, según un nuevo estudio publicado el 24 de julio en The Astrophysical Journal Letters. Estos raros fenómenos cósmicos ocurren cuando un agujero negro en el centro de una galaxia absorbe estrellas cercanas y las destroza con poderosas fuerzas de marea, liberando enormes ráfagas de energía.
Desde la década de 1990, los científicos han documentado alrededor de 100 eventos de perturbación de mareas (ETD), principalmente en galaxias con menos polvo a su alrededor, lo que hace que los rayos X resultantes, o luz visible, sean más fáciles de observar. Sin embargo, hallazgos recientes de investigadores del MIT sugieren que puede haber muchos más eventos similares de destrucción de estrellas que simplemente quedan oscurecidos por espesas nubes de gas y polvo, lo que los hace invisibles para los telescopios convencionales.
En trabajos anteriores, el equipo descubrió que la mayoría de los rayos X y la luz visible emitidos por los eventos de perturbación de las mareas están oscurecidos por el polvo galáctico y, por lo tanto, no son observables con telescopios ópticos y de rayos X convencionales. Pero esa misma luz puede calentar el polvo circundante y generar una nueva señal en forma de luz infrarroja.
Ahora, los mismos investigadores han utilizado el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el detector infrarrojo más potente del mundo, para estudiar señales de cuatro galaxias polvorientas que sospechan que han sufrido EDT. En el polvo, JWST detectó claros rastros de acreción de agujeros negros. La acreción es el proceso por el cual el material, como fragmentos de una estrella, orbita y finalmente cae en un agujero negro. El telescopio también detectó patrones distintos del polvo que rodea a las galaxias activas, donde el agujero negro central absorbe continuamente el material circundante.
En conjunto, estas observaciones confirman que en estas cuatro galaxias se están produciendo fenómenos de perturbación de mareas. Además, los investigadores concluyeron que los cuatro eventos no fueron causados por agujeros negros activos, sino por agujeros negros inactivos que mostraban poca actividad hasta que pasó una estrella.
Los nuevos resultados resaltan el potencial del Telescopio Espacial James Webb para profundizar en eventos de alteración de mareas que de otro modo serían esquivos. También ayudan a los científicos a revelar diferencias clave en los entornos que rodean los agujeros negros activos y latentes.
"Esta es la primera vez que el Telescopio Espacial James Webb observa eventos de perturbación de mareas, y se ven completamente diferentes de todo lo que hemos visto antes", dijo la autora principal del estudio, Megan Masterson, estudiante de posgrado en el Instituto Kavli de Astrofísica y Estudios Espaciales del MIT. "Aprendimos que estos eventos son realmente impulsados por la acreción de un agujero negro, y no se parecen al entorno alrededor de un agujero negro activo normal. Es emocionante que ahora podamos estudiar cómo se ve realmente el entorno de un agujero negro inactivo".
Los autores del estudio del MIT incluyen a Christos Panagiotou, Erin Kara y Anna-Christina Eilers, junto con Kishalay De de la Universidad de Columbia y colaboradores de muchas otras instituciones.
El nuevo estudio amplía investigaciones anteriores que el equipo realizó utilizando otro detector de infrarrojos, la misión Explorador de Infrarrojos de Campo Amplio de Objetos Cercanos a la Tierra (NEOWISE) de la NASA. Utilizando un algoritmo desarrollado por el coautor Kishalay De de la Universidad de Columbia, el equipo examinó una década de datos del telescopio, buscando "transitorios" infrarrojos, breves picos en la actividad infrarroja de galaxias que de otro modo serían tranquilas y que podrían indicar que un agujero negro se despierta brevemente y se traga una estrella que pasa. La búsqueda arrojó alrededor de una docena de señales, que el equipo determinó que probablemente fueron producidas por eventos de alteración de las mareas.
"A través de este estudio, identificamos 12 fuentes que parecen eventos de alteración de las mareas", dijo Masterson. "Hemos argumentado mucho que estas señales eran muy energéticas y que estas galaxias no parecían estar activas antes, por lo que estas señales deben haber sido causadas por un evento repentino de alteración de las mareas. Pero aparte de estos pequeños fragmentos, no había evidencia directa".
Utilizando la mayor sensibilidad del telescopio espacial James Webb, los investigadores esperan poder discernir "líneas espectrales" clave, o longitudes de onda específicas de luz infrarroja, que podrían identificar claramente las condiciones asociadas con los eventos de alteración de las mareas.
"Con NEOWISE, es como si nuestros ojos sólo pudieran ver luz roja o azul, mientras que con JWST podemos ver el arco iris completo", dijo Masterson.
En el nuevo estudio, el equipo buscó específicamente picos de ondas infrarrojas que sólo podrían producirse por la acreción de un agujero negro, el proceso por el cual la materia es atraída hacia un agujero negro en un disco de gas en circulación. La acreción de agujeros negros produce grandes cantidades de radiación lo suficientemente fuerte como para liberar electrones de átomos individuales. Específicamente, este proceso de acreción puede liberar múltiples electrones de los átomos de neón, y los iones resultantes pueden saltar, liberando longitudes de onda específicas de radiación infrarroja que pueden ser detectadas por el Telescopio Espacial James Webb.
"Nada más en el universo que la acumulación de agujeros negros puede excitar este gas a energías tan altas", dijo Masterson.
Los investigadores buscaron esta señal de confirmación en cuatro de los 12 candidatos previamente identificados para eventos de alteración de las mareas. Las cuatro señales incluyen: el TDE más cercano detectado hasta ahora, ubicado en una galaxia a unos 130 millones de años luz de nosotros; un TDE acompañado de una explosión de rayos X; una señal que puede ser producida por gas que gira a velocidades extremadamente altas alrededor del agujero negro central; y una señal acompañada de un destello óptico, que los científicos sospechaban anteriormente que era una explosión de supernova o el colapso de una estrella moribunda en lugar de un TDE.
"Estas cuatro señales son lo más cercano que podemos encontrar a un evento definitivo", dijo Masterson. "Pero los datos del telescopio espacial James Webb nos ayudan a afirmar firmemente que se trata de verdaderos fenómenos de perturbación de las mareas".
Cuando el equipo utilizó un programa especialmente diseñado para apuntar el Telescopio Espacial James Webb a las cuatro galaxias de señalización, observaron líneas espectrales distintas de las cuatro fuentes. Estas mediciones confirman que la acumulación de agujeros negros se produce en las cuatro galaxias. Pero la pregunta sigue siendo: ¿es esta acreción un fenómeno temporal desencadenado por la alteración de las mareas y un agujero negro que se despierta brevemente y se traga una estrella que pasa? ¿O es esta acumulación una característica más permanente de los agujeros negros "activos", que siempre están activos? Si este último es el caso, es menos probable que ocurra un evento de alteración de las mareas.
Para distinguir entre las dos posibilidades, el equipo utilizó datos del Telescopio Espacial James Webb para detectar otra longitud de onda de luz infrarroja, lo que sugiere la presencia de silicatos o polvo en la galaxia. Luego crearon imágenes de este polvo en cuatro galaxias y las compararon con imágenes de galaxias activas. Se sabe que las galaxias activas tienen nubes de polvo en forma de rosquilla que rodean sus agujeros negros centrales. Masterson observó que estas cuatro fuentes de polvo mostraban patrones muy diferentes en comparación con las galaxias activas típicas, lo que sugiere que el agujero negro en el centro de cada galaxia generalmente no está activo sino inactivo. Si se formó un disco de acreción alrededor de un agujero negro de este tipo, concluyeron los investigadores, debe ser el resultado de un evento de alteración de las mareas.
"En conjunto, estas observaciones sugieren que la única posibilidad de que se produzcan estas erupciones son los eventos de perturbación de las mareas", dijo Masterson.
Ella y sus colegas planean utilizar NEOWISE, JWST y otros telescopios infrarrojos para descubrir más eventos de perturbación de mareas no detectados anteriormente. Dicen que si se detectan suficientes, los TDE podrían servir como sondas eficaces de las propiedades de los agujeros negros. Por ejemplo, cuánto se desgarra una estrella y qué tan rápido se acumulan y consumen sus fragmentos, pueden revelar propiedades fundamentales del agujero negro, como su masa y velocidad de rotación.
"El proceso real de que un agujero negro se trague todo el material de la estrella lleva mucho tiempo", dijo Masterson. "Este no es un proceso instantáneo. Ojalá podamos comenzar a explorar cuánto tiempo lleva este proceso y cómo era el medio ambiente en ese momento. Nadie lo sabe porque recién estamos comenzando a descubrir y estudiar estos eventos".
Compilado de /scitechdaily