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Jueves, 20 febrero 2014
Astrofísica

Una estrella despedazada por un agujero negro

Se cree que en el centro de la mayoría de galaxias reside un agujero negro supermasivo. Algunos son responsables de lo que se conoce como núcleos galácticos activos, generando en su entorno inmediato un espectáculo de "pirotecnia" cósmica que incluye emisiones de radiación intensa desde el gas supercaliente que cae en dichos agujeros negros. Sin embargo, los agujeros negros de la mayoría de las galaxias en el universo local han agotado el gas y están inactivos. Sólo cuando una estrella sin suerte se aproxima demasiado y es destrozada por las poderosas fuerzas de marea del agujero negro, se emite desde el centro galáctico un destello brillante de luz, de características delatadoras.

Una de estas llamaradas cósmicas delatadoras de un sol siendo despedazado por un agujero negro, catalogada con el nombre de PS1-10jh, fue observada en 2010 mediante el Pan-STARRS. En 2012 se presentaron los resultados de un primer estudio sobre la destrucción de la estrella por un agujero negro supermasivo, pero algunos aspectos no quedaron claros, y algunos datos, al parecer, se malinterpretaron.

Un nuevo estudio reconstruye la catástrofe y explica los detalles que hasta ahora habían estado envueltos en el misterio.

El equipo de Enrico Ramirez-Ruiz y Haik Manukian, de la Universidad de California en Santa Cruz, Estados Unidos, así como James Guillochon (ahora en la Universidad de Harvard, en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos), ejecutó una serie de simulaciones informáticas detalladas de encuentros entre una estrella y un agujero negro.

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En esta simulación por ordenador del despedazamiento de una estrella por un agujero negro se muestra la formación de un disco de acreción de material estelar que trazará una espiral descendente en torno al agujero negro hasta caer en él. El momento aquí mostrado de la simulación corresponde a una fase temprana de la formación del disco. (Imagen: James Guillochon)

El espectro de un núcleo galáctico activo (AGN, por sus siglas en inglés) muestra "líneas de emisión" características, en longitudes de onda específicas que corresponden a los elementos más comunes, como el hidrógeno y el helio. Estas líneas de emisión aparecen como picos de intensidad aumentada en un espectro continuo. Lo sorprendente de PS1-10jh fue la ausencia de una línea del hidrógeno en el espectro.

En un intento de encontrar una explicación a esta anomalía, se aventuró la hipótesis de que la estrella despedazada fue una estrella gigante con un núcleo de helio y una envoltura de hidrógeno, y que el agujero negro tomó primero el hidrógeno, y después el núcleo de helio, en una segunda pasada.

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Cuando una estrella se encuentra por primera vez con un agujero negro, la monstruosa marea que éste genera en ella hace que se estire cada vez más, del modo mostrado en esta simulación digital, hasta que finalmente se despedaza. (Imagen: James Guillochon)

Guillochon empezó a explorar las posibilidades utilizando simulaciones por ordenador. Los resultados de estas simulaciones y del trabajo posterior han permitido reconstruir la catástrofe y obtener información adicional sobre la estrella y el agujero negro a partir del análisis de la llamarada cósmica emitida en el despedazamiento de la estrella. Ésta no era una estrella gigante en una fase avanzada de su vida sino una estrella comparable en ese sentido al Sol. En cuanto al agujero negro, aunque supermasivo, era de los más pequeños de su tipo.

Cuando una estrella se ve perturbada por un agujero negro supermasivo, las fuerzas de marea la distorsionan convirtiéndola primero en una masa alargada, antes de despedazarla. En un caso drástico de perturbación gravitatoria, aproximadamente la mitad de la masa de la estrella se ve expulsada, y la otra mitad permanece atrapada alrededor del agujero negro, siguiendo trayectorias elípticas a su alrededor, hasta formar un disco de acreción, en el que el material traza una espiral descendente en torno al agujero negro hasta caer en él.

En cuanto a la ausencia de una línea del hidrógeno en el espectro, la explicación, según Ramirez-Ruiz, es que cuando se tomó el espectro de PS1-10jh, simplemente el disco de acreción no había crecido lo suficiente para alcanzar la distancia donde el hidrógeno empieza a producir una línea de emisión. Las líneas de emisión en una de estas llamaradas cósmicas delatadoras del despedazamiento de un sol por un agujero negro (o fenómeno TDE, por las siglas en inglés de Tidal Disruption Event) se corresponden a la bien estudiada “región de líneas anchas” de los AGNs. En un AGN, las líneas de emisión de elementos distintos se producen a diferentes distancias del agujero negro central. Las líneas del helio se dan muy adentro, mientras que las del hidrógeno se producen mucho más lejos, donde la intensidad de la radiación ionizante es ligeramente más baja.

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