El cazador de exoplanetas ve una estrella triturada con un agujero negro

El satélite de caza de exoplanetas TESS de la NASA ha proporcionado a los astrónomos un asiento en la primera fila cuando un agujero negro destruye una estrella de aventura cercana.

¿Qué sucede cuando un agujero negro supermasivo destruye una estrella?

Uno de estos eventos de interrupción de la marea (TDE) está mostrando a los astrónomos que todavía hay mucho que no sabemos sobre estos fenómenos raros, distantes y brillantes.

Esta imagen simulada por computadora muestra el gas de una estrella triturada por la marea (naranja) que cae en un agujero negro (pequeño punto oscuro en la esquina superior izquierda). Parte del gas también se expulsa a altas velocidades hacia el espacio (corriente que se extiende hacia la derecha).
NASA / S. Gezari (JHU) / J. Guillochon (UCSC)

Descubrimiento de interrupción

Es bastante raro que un agujero negro se rompa en una estrella de riesgo cercano; una galaxia tipo Vía Láctea podría ver una supernova cada siglo, pero solo vería un TDE cada 10, 000 o 100, 000 años. `` Ahora, sin embargo, los telescopios automáticos que escanean el cielo nocturno están capturando más y más eventos de destrucción de estrellas a medida que ocurren en todo el universo.

Caso en cuestión: ASASSN-19bt. Este evento lleva el nombre de la Encuesta Automática All-Sky para Supernovas (ASASSN), una red robótica de telescopios de 14 cm en múltiples sitios en todo el mundo. El 29 de enero de 2019, la unidad sudafricana de la red detectó una galaxia cuyo núcleo se había iluminado de repente.

La red emitió automáticamente una alerta que se dirigió a Thomas Holoien (Observatorios Carnegie), que trabajaba en el Observatorio Las Campanas en Chile en ese momento. Holoien envió dos telescopios Las Campanas a ASASSN-19bt, luego solicitó observaciones de seguimiento del Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA, el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, así como telescopios terrestres de 1 metro que forman parte de la red del Observatorio Las Cumbres, establecida en todo el mundo para ver tales eventos transitorios durante todo el día.

Pero otro telescopio también estaba mirando: el Satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS), lanzado recientemente para buscar exoplanetas en tránsito. Debido a que este evento ocurrió en una región del cielo monitoreada casi continuamente desde diciembre de 2018 por (TESS), Holoien y sus colegas pudieron ver la mayor parte del evento, comenzando solo unos días después de que comenzó. Han publicado las observaciones en el Astrophysical Journal del 27 de septiembre (preimpresión completa disponible aquí).

¿Un evento ordinario?

En muchos aspectos, las observaciones de ASASSN-19bt muestran algo a cada TDE que los astrónomos han visto. La estrella se ilumina gradualmente a medida que se desgarra bajo las fuerzas gravitacionales del agujero negro. Espaciados en una larga corriente, los restos estelares toman dos caminos: la mitad se escapa mientras la otra mitad se balancea alrededor del agujero negro, eventualmente pierde energía y cae. Poco a poco, los escombros (y la luz brillante que vemos en lo visual, ultravioleta y Longitudes de onda de rayos X) se desvanece de la vista.

Suvi Gezari (Universidad de Maryland), que no participó en el estudio, elogió la precisión de la curva de luz TESS, que representa el brillo cambiante del evento a lo largo del tiempo.

"Ahora", agrega, "la parte difícil es comprender qué está impulsando la forma de la curva de luz". ¿La luz que estamos viendo proviene directamente de los restos de la estrella mientras llueven cuidadosamente en el agujero negro? ¿O la luz se difunde a través de una desordenada corriente de escombros?

Explicando lo inesperado

ASASSN-19bt es único en el sentido de que su temperatura estaba bajando por un acantilado cuando comenzaron las observaciones con el satélite Swift. Los astrónomos no tienen observaciones tan pronto para otros TDE, como se ve en este diagrama. La cobertura ultravioleta de Swift fue crucial para medir la temperatura de la fuente. (Haga clic para ampliar el tamaño).
T. Holoien y col. / Astrophysical Journal, 27 de septiembre de 2019

Los astrónomos típicamente han captado eventos de destrucción de estrellas en su momento más brillante. Pero con TESS y otras observaciones de seguimiento tempranas, los astrónomos recolectaron más datos tempranos sobre ASASSN-19bt que cualquier otro TDE observado hasta ahora. En el proceso, descubrieron otro misterio.

Justo después de que comenzaron las observaciones, los datos ultravioleta recopilados por el satélite Swift determinaron que la temperatura de la fuente, así como su luminosidad UV, caían precipitadamente, de 40, 000 a 20, 000 Kelvin (71, 500 a 35, 500ºF) en cuestión de días.

"[El evento] debe haber tenido un máximo anterior que no observamos, del cual vemos que está disminuyendo", explica Holoien. "Simplemente no sabemos exactamente qué tan brillante era, o exactamente cuándo ocurrió ese primer pico".

Si realmente hubo un pico temprano de temperatura y brillo, es "bastante inesperado", agrega Holoien. Esto se debe en gran parte a que ningún otro TDE se ha observado tan bien desde el comienzo del evento: los astrónomos solo han tenido datos escasos sobre lo que sucede desde los primeros momentos en que una estrella comienza a separarse en el campo gravitacional de un agujero negro.

Gezari advierte que los datos alrededor del comienzo de las observaciones de Swift son ruidosos, y el pico temprano insinuado en los datos de Swift no está presente en los datos de TESS. Sin embargo, la sugerencia de un pico inicial es intrigante, dice, "y definitivamente defiende la obtención de imágenes ultravioletas rápidas de TDE jóvenes para ver si este fenómeno es una firma de las primeras fases de un TDE".

Eso va a cambiar, y pronto. Con los observatorios automatizados que escanean los cielos desde el suelo y el espacio, y más en línea pronto, no pasará mucho tiempo antes de que capturemos la totalidad de un evento de destrucción de estrellas.