¿A qué hora comen los agujeros negros?

Nuevos datos de los telescopios Chandra y Swift de la NASA y del XMM-Newton de la ESA han aportado importantes avances en comprender cómo y cuándo un agujero negro supermasivo atrapa y consume material. Esta impresión artística (arriba) muestra una estrella que ha sido parcialmente perturbada por un agujero negro de este tipo en el sistema conocido como AT2018fyk. El agujero negro supermasivo de AT2018fyk, con una masa de aproximadamente 50 millones de veces la del Sol, se encuentra en el centro de una galaxia ubicada a unos 860 millones de años luz de la Tierra.

Los astrónomos han determinado que una estrella se encuentra en una órbita muy elíptica alrededor del agujero negro de AT2018fyk, de modo que su punto de aproximación más lejano al agujero negro es mucho más grande que su punto más cercano. Durante su aproximación más cercana, las fuerzas de marea del agujero negro extraen algo de material de la estrella, lo que produce dos colas de marea de "escombros estelares".

La ilustración muestra un punto en la órbita poco después de que la estrella se destruye parcialmente, cuando las colas de marea todavía están muy cerca de la estrella. Más adelante en la órbita de la estrella, el material alterado regresa al agujero negro y pierde energía, lo que lleva a un gran aumento en el brillo de rayos X que ocurre más adelante en la órbita (no se muestra aquí). Este proceso se repite cada vez que la estrella regresa a su punto de aproximación más cercano, que es aproximadamente cada 3,5 años. La ilustración muestra la estrella durante su segunda órbita y el disco de gas emisor de rayos X alrededor del agujero negro que se produce como subproducto del primer encuentro de marea.

Los investigadores tomaron nota de AT2018fyk en 2018 cuando el sondeo óptico terrestre ASAS-SN detectó que el sistema se había vuelto mucho más brillante. Después de observarla con NICER y Chandra de la NASA, y XMM-Newton, los investigadores determinaron que el aumento de brillo se debió a un "evento de disrupción de marea" o TDE, que indica que una estrella fue completamente destrozada y parcialmente ingerida después de volar demasiado cerca de un agujero negro. Cuando el material de la estrella destruida se acercó al agujero negro, se calentó y produjo rayos X y luz ultravioleta (UV). Estas señales luego se desvanecieron, lo que coincide con la idea de que no quedó nada de la estrella para que el agujero negro lo digiriera, informa la NASA.

Sin embargo, unos dos años después, los rayos X y la luz ultravioleta de la galaxia se volvieron mucho más brillantes nuevamente. Esto significó, según los astrónomos, que la estrella probablemente sobrevivió al agarre gravitacional inicial del agujero negro y luego entró en una órbita altamente elíptica con el agujero negro. Durante su segundo acercamiento al agujero negro, se desprendió más material y produjo más rayos X y luz ultravioleta.

Basándose en lo que habían aprendido sobre la estrella y su órbita, un equipo de astrónomos predijo que la segunda comida del agujero negro terminaría en agosto de 2023 y solicitó tiempo de observación de Chandra para comprobarlo. Las observaciones de Chandra del 14 de agosto de 2023 mostraron efectivamente la señal reveladora de que la alimentación del agujero negro estaba llegando a su fin con una caída repentina de los rayos X. Los investigadores también obtuvieron una mejor estimación de cuánto tarda la estrella en completar una órbita y predijeron los tiempos de comida futuros del agujero negro. Un artículo que describe estos resultados aparece en The Astrophysical Journal.