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ASTRONOMÍA

Utilizan rayos x para documentar cómo un agujero negro devora una estrella

Ilustración de un agujero negro absorbiendo una estrella.
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Ilustración de un agujero negro absorbiendo una estrella. (Foto: NASA / JPL-Caltech)
EL IMPARCIAL
martes 28 de septiembre de 2021, 14:38h

Cuando un agujero negro devora una estrella, produce lo que los astrónomos denominan "evento de interrupción de las mareas". La destrucción del desventurado astro va acompañado de un estallido de radiación que puede eclipsar la luz combinada de cada estrella en la galaxia anfitriona del agujero negro durante meses, e incluso años.

En un artículo publicado en The Astrophysical Journal, un equipo de astrónomos de la Universidad de Arizona ha empleado los rayos X emitidos por un evento de interrupción de las mareas (conocido como J2150) para realizar las primeras mediciones de tanto la masa como el giro del agujero negro. Este agujero negro posee una masa intermediay ha logrado eludir la observación durante mucho tiempo.

"El hecho de que pudiéramos captar este agujero negro mientras devoraba una estrella snos brinda una oportunidad extraordinaria para observar lo que de otro modo sería invisible", indica Ann Zabludoff, profesora de astronomía de la Universidad de Arizona y coautora del artículo. "No solo eso, al analizar el destello pudimos comprender mejor esta elusiva categoría de agujeros negros, que bien podría representar a la mayoría".

Al volver a analizar los datos de rayos X utilizados para observar la llamarada J2150 y compararlos con modelos teóricos sofisticados, los autores demostraron que esta llamarada se originó de hecho a partir 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, para un objeto de este tipo, con un peso de aproximadamente 10.000 veces la masa solar. "Las emisiones de rayos X del disco interno formado por los escombros de la estrella muerta nos hicieron posible inferir la masa y el giro de este agujero negro y clasificarlo como un agujero negro intermedio", apunta Sixiang Wen, autor principal del estudio.

Se han visto docenas de eventos de disrupción de mareas en los centros de grandes galaxias que albergan agujeros negros supermasivos y también se han observado algunos en los centros de pequeñas galaxias que podrían contener agujeros negros intermedios. Sin embargo, los datos anteriores nunca han sido lo suficientemente detallados como para demostrar que una erupción de interrupción de las mareas individual fue impulsada por un agujero negro intermedio.

"Gracias a las observaciones astronómicas modernas, sabemos que los centros de casi todas las galaxias que son similares o más grandes en tamaño que nuestra Vía Láctea albergan agujeros negros supermasivos centrales", comenta otro de los coautores del trabajo, Nicholas Stone, profesor titular de la Universidad Hebrea de Jerusalén. "Estos gigantes varían en tamaño entre un millón y 10.000 millones de veces la masa de nuestro sol,y se convierten en poderosas fuentes de radiación electromagnética cuando cae demasiado gas interestelar en su vecindad", añade.

La masa de estos agujeros negros se relaciona estrechamente 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 los centros de galaxias más pequeñas que la Vía Láctea", señala, por su parte, Peter Jonker, de la Universidad Radboud y el Instituto de Investigación Espacial SRON de Holanda. "Debido a las limitaciones de la observación, es un desafío descubrir agujeros negros centrales mucho más pequeños que un millón de masas solares".

A pesar de su presunta abundancia, los orígenes de los agujeros negros supermasivos siguen siendo desconocidos, y muchas teorías diferentes compiten actualmente para explicarlos. Los agujeros negros de masa intermedia podrían ser las semillas a partir de las cuales crecen los agujeros negros supermasivos. "Por lo tanto, si logramos un mejor manejo de cuántos agujeros negros intermedios auténticos hay, esto puede ayudar a determinar qué teorías de la formación de agujeros negros supermasivos son correctas", asevera Jonker.

Además, la medición del espín 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 consistir en partículas elementales desconocidas que aún no se han visto en experimentos de laboratorio. Entre los candidatos se encuentran partículas hipotéticas conocidas como bosones ultraligeros, explica Stone. "Si esas partículas existen y tienen masas en un cierto rango, evitarán que un agujero negro de masa intermedia tenga un giro rápido", dijo. "Sin embargo, el agujero negro de J2150 está girando rápido. Por lo tanto, nuestra medición de espín descarta una amplia clase de teorías de bosones ultraligeros, mostrando el valor de los agujeros negros como laboratorios extraterrestres para la física de partículas".

En el futuro, las nuevas observaciones de las erupciones por disrupción de las mareas podrían permitir a los astrónomos llenar los vacíos en la distribución de masa de los agujeros negros, esperan los autores. Al ajustar la emisión de rayos X de estas erupciones a modelos teóricos, podemos realizar un censo de la población de agujeros negros de masa intermedia en el universo. Sin embargo, para hacer eso, se deben observar más eventos de interrupción de las mareas. Es por eso que los astrónomos tienen grandes esperanzas de que pronto estén 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 mareas. eventos disruptivos por año.

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