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Astrónomos descubren señales de radio provenientes de un agujero negro triturador de estrellas


Los astrónomos han detectado ecos en forma de señal de radio provenientes de un agujero negro supermasivo que se alimenta de estrellas, lo que sugiere que el agujero negro emite un chorro de energía proporcional al material estelar que engulle.

Basándonos en modelos teóricos de la evolución de agujeros negros y observaciones de galaxias distantes, los astrónomos tienen una comprensión general de lo que ocurre durante el llamado Evento de Disrupción de Marea: cuando una estrella pasa cerca de un agujero negro, la atracción gravitacional del agujero negro genera fuerzas de marea en la estrella, similar a la forma en que la luna agita las mareas en la Tierra.

Sin embargo, las fuerzas gravitacionales de un agujero negro son tan enormes que pueden alterar la estrella, estirándola y aplanándola como un panqueque y, finalmente, triturando la estrella en pedazos. A continuación, una lluvia de restos estelares llueve y queda atrapada en un disco de acreción, un remolino de material cósmica que eventualmente canaliza y alimenta el agujero negro.

Todo este proceso genera ráfagas colosales de energía en todo el espectro electromagnético.

Los astrónomos han observado estas explosiones en las bandas ópticas, de rayos UV y de rayos X, y también ocasionalmente en el extremo de radio del espectro.

Se cree que la fuente de las emisiones de rayos X es el material ultrarrápido en las regiones más internas del disco de acreción, que está a punto de caer en el agujero negro. Las emisiones ópticas y UV probablemente surgen del material más alejado en el disco, que eventualmente será arrastrado al agujero negro.

Sin embargo, lo que da lugar a emisiones de radio durante un Evento de Disrupción de Marea ha estado en debate durante mucho tiempo.

"Sabemos que las ondas de radio provienen de electrones extremadamente energéticos que se mueven en un campo magnético; ese es un proceso bien establecido", dijo el Dr. Dheeraj Pasham, investigador del MIT.

"El debate ha sido, ¿de dónde vienen estos electrones tan energéticos?"

El estudio
El 11 de noviembre de 2014, el Sondeo Automatizado para la Detección de Supernovas (ASAS-SN) se enfocó en el centro de PGC 43234, una galaxia localizada a aproximadamente 290 millones de años luz de distancia, descubriendo un destello de Disrupción de Marea. Poco después del descubrimiento, varios telescopios electromagnéticos se enfocaron sobre este evento, denominado ASASSN-14li.

El Dr. Pasham y su colega, el Dr. Sjoert van Velzen de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Nueva York, analizaron los datos registrados del evento ASASSN-14li.

Los astrónomos examinaron los complicados datos de radio y descubrieron una clara semejanza con los patrones que habían observado anteriormente en los datos de rayos X del evento.

Cuando ajustaron los datos de radio sobre los datos de rayos X y los cambiaron para comparar sus similitudes, encontraron que los conjuntos de datos eran muy similares, con un 90% de parecido, cuando se desplazaban durante los próximos 13 días. Es decir, las mismas fluctuaciones en el espectro de rayos X aparecieron 13 días después en la banda de radio. ¿Coincidencias?

"La única forma en que el acoplamiento puede ocurrir es... si hay un proceso físico que, de alguna manera, está conectando el flujo de acreción que produce rayos X con la región de producción de radio", dijo el Dr. Pasham.

A partir de estos mismos datos, el equipo calculó que el tamaño de la región emisora de rayos X era aproximadamente 25 veces el tamaño del Sol, mientras que la región emisora de radio era aproximadamente 400,000 veces el radio solar.

"No es una coincidencia que esto esté sucediendo. Claramente, hay una conexión entre esta pequeña región que produce rayos X y esta gran región que produce ondas de radio", señaló el Dr. Pasham.

Los autores proponen que las ondas de radio fueron producidas por un chorro de partículas de alta energía que comenzó a fluir desde el agujero negro ASASSN-14li poco después de que el agujero negro comenzara a absorber material de la estrella destrozada.

Debido a que la región del chorro donde se formaron estas ondas de radio fue increíblemente densa (llena de electrones), la mayoría de las ondas de radio fueron absorbidas inmediatamente por otros electrones.

Solo cuando los electrones viajaron hacia abajo del chorro, pudieron escapar las ondas de radio, produciendo la extraña señal que el equipo de astrónomos finalmente detectó.

"Por lo tanto, la fuerza del chorro debe ser controlada por la tasa de acreción o la velocidad a la que el agujero negro está consumiendo restos estelares que emiten rayos X", dijeron los científicos.

Conclusiones
En última instancia, los resultados pueden ayudar a los astrónomos a caracterizar mejor la física del comportamiento de estos chorros cósmicos, un ingrediente esencial para modelar la evolución de las galaxias.

"Se cree que las galaxias crecen produciendo nuevas estrellas, un proceso que requiere temperaturas muy frías", dijo el Dr. Pasham.

"Cuando un agujero negro emite un chorro de partículas, esencialmente calienta la galaxia circundante, deteniendo temporalmente la producción estelar. Nuestros nuevos conocimientos sobre la producción de chorros cósmicos y la acumulación de agujeros negros pueden ayudar a simplificar los modelos de evolución de las galaxias”.

Si la velocidad a la que se alimenta el agujero negro es proporcional a la velocidad a la que bombea energía, y si eso realmente funciona en cada agujero negro, es una técnica simple que podemos usar en simulaciones para la evolución de las galaxias. Así que esto nos proporciona un panorama más amplio para los nuevos descubrimientos cosmológicos.

Referencia del documento científico:
Dheeraj R. Pasham y Sjoert van Velzen. Descubrimiento de un lapso de tiempo entre Rayos X suaves y Emisión de Radio del evento de disrupción de marea ASASSN-14li: evidencia de acoplamiento lineal de disco y chorro. The Astrophysical Journal, Volume 856, Number 1; doi: 10.3847 / 1538-4357 / aab361

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