A principios de este año los astrónomos estaban controlando los datos de la Instalación de Transitorios Zwicky, un estudio de todo el cielo con sede en el Observatorio Palomar (California), cuando detectaron un destello extraordinario en una parte del cielo en la que no se había observado tal luz la noche anterior. Según un cálculo aproximado, el destello parecía emitir más luz que 1.000 billones de soles.

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

Ahora, los astrónomos del MIT, junto con sus colaboradores, han determinado una fuente probable de la señal. En un estudio que aparece en Nature Astronomy, los científicos informan de que la señal, denominada AT 2022cmc, procede probablemente de un chorro relativista de materia (también llamado jet) 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 repentinamente comenzó a devorar una estrella cercana, liberando una enorme cantidad de energía en el proceso.

Los astrónomos han identificado un chorro de agujero negro extremadamente brillante, a medio camino del universo, que apunta directamente hacia la Tierra | foto Dheeraj Pasham, Matteo Lucchini y Margaret Trippe.

Los astrónomos han observado otros “eventos de disrupción de marea”, o TDE, en los que una estrella que pasa es destrozada 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 es posible que un evento tan lejano aparezca 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 aparezca más brillante que si el chorro estuviera apuntando en cualquier otra dirección. Este efecto se denomina “amplificación Doppler» y es similar al sonido amplificado de una sirena que pasa.

AT 2022cmc es el cuarto TDE con efecto Doppler detectado y el primer evento de este tipo que se observa desde 2011. También es la primera TDE descubierta 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.

Emisiones TDE | foto Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC)

Sabemos que hay un agujero negro supermasivo por galaxia, y que se formaron muy rápidamente en el primer millón de años del universo, afirma el coautor Matteo Lucchini, del 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 eso, fuentes como la TDE pueden ser realmente una buena sonda para saber cómo ocurre ese proceso.

Entre los coautores de Lucchini en el MIT se encuentran el primer autor y científico investigador Dheeraj “DJ” Pasham, el postdoc Peter Kosec, la profesora asistente Erin Kara y el científico investigador principal Ronald Remillard, junto con colaboradores de universidades e instituciones de todo el mundo.

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 tres primeros días, recuerda Pasham. Luego lo miramos con un telescopio de rayos X, y lo que encontramos fue que la fuente era demasiado brillante.

Normalmente, estos destellos brillantes en el cielo son estallidos de rayos gamma: chorros extremos de emisiones de rayos X que brotan del colapso de estrellas masivas. Este evento en particular fue 100 veces más potente que el resplandor posterior a un estallido de rayos gamma más potente, dice Pasham. Fue algo extraordinario.

A continuación, el equipo reunió observaciones de otros telescopios de rayos X, radio, ópticos y UV y siguió 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. Comprobaron que las emisiones de rayos X de AT 2022cmc oscilaron ampliamente por un factor de 500 durante unas pocas semanas,

Sospecharon que esta actividad extrema de rayos X debía estar impulsada por un “episodio de acreción extrema”, un evento que genera un enorme disco agitado, como por ejemplo un evento de disrupción de marea, en el que una estrella destrozada crea un remolino de escombros al caer en un agujero negro.

De hecho, el equipo descubrió que la luminosidad en rayos X de AT 2022cmc era comparable, aunque más brillante, a la de tres TDE detectados anteriormente. Estos eventos brillantes generaban chorros de materia que apuntaban directamente hacia la Tierra. Los investigadores se preguntaron: Si la luminosidad de AT 2022cmc es el resultado de un chorro similar que apunta 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 chorro que se dirigía directamente hacia la Tierra.

Descubrimos que la velocidad del chorro es el 99,99% de la velocidad de la luz, afirma 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 está tragando la estrella a un ritmo de la mitad de la masa del sol por año, estima Pasham. Gran parte de esta perturbación de mareas ocurre al principio, y pudimos captar este evento justo al principio, una semana después de que el agujero negro comenzara a alimentarse de la estrella.

Esperamos muchos más de estos TDE en el futuro, añade Lucchini. Entonces podríamos ser capaces de decir, por fin, cómo exactamente los agujeros negros lanzan estos chorros extremadamente potentes.


Fuentes

Massachusetts Institute of Technology | CNRS | Pasham, D.R., Lucchini, M., Laskar, T. et al. The Birth of a Relativistic Jet Following the Disruption of a Star by a Cosmological Black Hole. Nat Astron (2022). doi.org/10.1038/s41550–022–01820-x


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