Observan la erupción producida por un agujero negro al desgarrar una estrella

En enero de 2005 se detectaba, en el núcleo de la galaxia en proceso de fusión Arp 299-B, un brillante destello que se consideró una explosión supernova. Sin embargo, diez años de observaciones en distintas longitudes de onda han permitido presenciar cómo la región luminosa se alargaba y expandía, y concluir que se trata de un chorro de material expulsado por el agujero negro supermasivo central de la galaxia tras desgarrar una estrella. Los resultados se publican en la revista Science.

Según los modelos teóricos, en los eventos de disrupción por mareas, en los que un agujero negro destruye una estrella, la mitad de la masa de la estrella es expulsada al espacio, en tanto que la otra mitad es absorbida por el agujero negro supermasivo. La súbita inyección de material produce un brillante destello (visible en rayos gamma, rayos X y óptico), seguido de emisiones transitorias en radio y de la formación de un chorro de material que se mueve a velocidades muy cercanas a la de la luz.

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"Hasta la fecha solo se han detectado unos pocos, pero hasta ahora nunca se había podido observar directamente la formación y evolución de un chorro a raíz de ellos", apunta Miguel Pérez-Torres, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) (España) que lidera el trabajo junto con Seppo Mattila, de la Universidad de Turku (Finlandia).

"Con el paso del tiempo, el nuevo objeto se mantuvo brillante en las longitudes de onda infrarroja y de radio, pero no en las longitudes de onda visibles y de rayos X -apunta Seppo Mattila (Universidad de Turku)-. Esto se debe, probablemente, a que el polvo denso presente en el centro de la galaxia absorbió los rayos X y la luz visible y lo irradió como infrarrojo".

Los investigadores utilizaron el Telescopio Nórdico (NOT) en las Islas Canarias y el telescopio espacial Spitzer (NASA) para observar el objeto en el infrarrojo, y realizaron observaciones continuas con múltiples radiotelescopios, entre ellos la red europea de VLBI  (EVN) y el VLBA (Very Long Baseline Array), que combina antenas separadas miles de kilómetros y logra una resolución equivalente a la que tendría un telescopio con el diámetro de la tierra.

Concepción artística de un evento de disrupción por mareas, en el que un agujero negro desgarra una estrella. De fondo, la galaxia Arp 299, donde tuvo lugar el fenómeno estudiado. (Fuente: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; NASA, STScI)

Gracias a este seguimiento pudieron presenciar cómo el destello inicial se expandía en una dirección, tal como se esperaría para un chorro, a una velocidad de unos 75.000 kilómetros por segundo, un cuarto de la velocidad de la luz. Así pudieron descartarse otros posibles escenarios para el fenómeno, como el de la explosión de supernova, y afirmar el más probable: el agujero negro supermasivo de Arp 299-B, con unos veinte millones de masas solares, había desgarrado una estrella con entre dos y seis veces la masa del Sol.

La mayoría de las galaxias albergan en sus regiones centrales agujeros negros supermasivos, que contienen hasta miles de millones de veces la masa del Sol. Se trata de objetos con un campo gravitatorio tan intenso que ni la luz puede escapar, y muestran una estructura típica compuesta por un disco de gas y polvo -el disco de acrecimiento-, que absorbe el material de su entorno, y un par de chorros de partículas a alta velocidad que emergen de los polos.

"Gran parte del tiempo, sin embargo, los agujeros negros supermasivos no devoran nada", explica Pérez-Torres (IAA-CSIC). "Así, los eventos de disrupción por mareas pueden brindarnos una oportunidad única para estudiar la vecindad de estos poderosos objetos. Antes de este evento no sabíamos dónde estaba exactamente el agujero negro en la región central de Arp299-B. Gracias al pasaje fatal de esta estrella, ahora conocemos su ubicación exacta", añade.

"Debido a que las regiones centrales de las galaxias contienen mucho polvo, que absorbe la luz en rayos X y óptico, es posible que estos sucesos sean mucho más habituales pero hayan pasado desapercibidos. El hallazgo en Arp 299-B podría ser la punta del iceberg, y muestra que si buscamos en infrarrojo o en radio podremos descubrir muchos más y aprender de ellos", concluye Mattila (U. Turku).

Se cree que tales eventos fueron más comunes en el universo temprano, por lo que su estudio contribuye a entender el entorno en el que se desarrollaron las galaxias hace miles de millones de años.

El resultado ha sido posible gracias a un equipo internacional compuesto por treinta y seis investigadores de veintiséis instituciones, coordinado por la Universidad de Turku y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). En España han participado científicos del INTA-CSIC y de la Universidad de Valencia. (Fuente: IAA-CSIC)