Desentrañando el misterio de las interrupciones de las mareas

Los agujeros negros supermasivos provocan la interrupción o destrucción de estrellas cercanas, lo que lleva a eventos de interrupción de mareas (TDE). Las observaciones de la luz polarizada de estos TDE ahora han revelado detalles clave sobre los procesos involucrados.

El espacio es un lugar duro donde incluso la vida de una estrella puede verse truncada. Esto sucede cuando la estrella está en un vecindario «malo», especialmente cerca de uno supermasivo. Agujero negro.

Estos agujeros negros, millones o incluso miles de millones de veces más masivos que nuestro Sol, generalmente se encuentran en los centros de galaxias inactivas. A medida que la estrella se acerca al agujero negro, se somete a la gravedad creciente del agujero negro supermasivo, que finalmente supera las fuerzas que mantienen intacta la estrella. Esto conduce a la interrupción o destrucción de la estrella, conocida como Evento de interrupción de marea (TDE).

“Después de que la estrella se desgarra, su gas forma un disco de acreción alrededor del agujero negro. Los estallidos brillantes del disco se pueden observar en casi todas las longitudes de onda, especialmente con telescopios ópticos y satélites que detectan rayos X», dijo el investigador postdoctoral Yanis Liodakis de la Universidad de Turku y el Centro de Astronomía de Finlandia. ESO (FINKA):

Hasta hace poco, los investigadores solo conocían algunos TDE porque no había muchos experimentos capaces de detectarlos. En los últimos años, sin embargo, los científicos han desarrollado las herramientas necesarias para observar más TDE. Curiosamente, pero quizás no tan sorprendentemente, estas observaciones han llevado a nuevos misterios que los investigadores están investigando actualmente.

«Las observaciones de experimentos a gran escala con telescopios ópticos han demostrado que la mayoría de los TDE no producen rayos X, aunque se pueden detectar claramente las ráfagas de luz visible. Este hallazgo contradice nuestra comprensión básica de la evolución de la materia estelar perturbada en los TDE”, señala Liodakis.

En un evento de interrupción de marea, una estrella se mueve lo suficientemente cerca de un agujero negro supermasivo que la atracción gravitacional del agujero negro dobla la estrella hasta que colapsa (Figura 1). El material estelar de la estrella destruida forma una corriente elíptica alrededor del agujero negro (Figura 2). Los choques de marea se forman alrededor de un agujero negro cuando el gas choca contra sí mismo en su camino de regreso después de orbitar el agujero negro (Figura 3). Los choques de marea crean ráfagas brillantes de luz polarizada que se pueden ver en longitudes de onda ópticas y ultravioleta. Con el tiempo, el gas de la estrella colapsada forma un disco de acreción alrededor del agujero negro (Figura 4), desde donde es atraído lentamente hacia el agujero negro. Nota: la escala de la imagen es incorrecta. Crédito: Jenni Jormanainen

Investigación publicada en una revista. Ciencia Un equipo internacional de astrónomos dirigido por el Centro Finlandés de Astronomía con ESO sugiere que la luz polarizada proveniente de los TDE puede ser la clave para resolver este misterio.

En lugar de la formación de un disco de acreción brillante de rayos X alrededor del agujero negro, el estallido observado de luz óptica y ultravioleta que se encuentra en muchos TDE puede ser causado por choques de marea. Estos choques se forman lejos del agujero negro cuando el gas de una estrella colapsada choca contra sí mismo en su camino de regreso desde la órbita del agujero negro. El disco de acreción brillante de rayos X se formará mucho más tarde en estos eventos.

«La polarización de la luz puede proporcionar información única sobre los procesos que subyacen a los sistemas astrofísicos. La luz polarizada que medimos de TDE solo podría explicarse por estos choques de marea», dijo Liodakis, autor principal del estudio.

La luz polarizada ayudó a los investigadores a comprender la destrucción de las estrellas

El equipo recibió una alerta pública del satélite Gaia a fines de 2020 de un evento transitorio nuclear en una galaxia cercana, designado AT 2020mot. Luego, los investigadores observaron AT 2020mot en una amplia gama de longitudes de onda, incluida la polarización óptica y las observaciones espectroscópicas, realizadas en el Telescopio Óptico del Norte (NOT) en la Universidad de Turku. Las observaciones realizadas en NOT fueron particularmente fundamentales para hacer posible este descubrimiento. Además, se realizaron observaciones de polarización como parte de un curso de astronomía observacional para estudiantes de secundaria.

«El Telescopio Óptico Escandinavo y el polarímetro que usamos en el estudio han sido fundamentales en nuestros esfuerzos por comprender los agujeros negros supermasivos y su entorno», dijo la investigadora Jenni Jormanainen de FINCA y la Universidad de Turku, quien dirigió las observaciones y análisis de polarización. NO.

Los investigadores encontraron que la luz óptica de AT 2020mot estaba altamente polarizada y variaba con el tiempo. A pesar de varios intentos, ninguno de los telescopios de radio o de rayos X pudo detectar la radiación del evento antes, durante o incluso meses después del estallido.

“Cuando vimos cuán polarizado estaba el AT2020mot, inmediatamente pensamos que el chorro provenía de un agujero negro, como a menudo observamos alrededor de agujeros negros supermasivos que acumulan gas circundante. Sin embargo, no se encontró ningún avión allí”, dice Elina Lindfors, investigadora de la Universidad de Turku y la Academia FINCA.

El equipo de astrónomos se dio cuenta de que los datos coincidían más con un escenario en el que una corriente de gas estelar colisionaba consigo misma y creaba sacudidas alrededor del agujero negro cerca del centro y centro de su órbita. Luego, los choques se intensifican y organizan el campo magnético en la corriente de estrellas, lo que naturalmente dará como resultado una luz altamente polarizada. El nivel de polarización óptica era demasiado alto para ser explicado por la mayoría de los modelos, y el hecho de que cambiara con el tiempo lo hacía aún más difícil.

«Todos los modelos que analizamos no podían explicar las observaciones, excepto el modelo de choque de mareas», señala Karri Koljönen, quien fue astrónoma en FINCA durante las observaciones y ahora trabaja en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). .

Los investigadores continuarán observando la luz polarizada que proviene de los TDE y es posible que pronto descubran más sobre lo que sucede después del colapso de una estrella.

Referencia. «Polarización óptica durante las interrupciones de las mareas por choques de corrientes estelares en colisión» autores I. Liodakis, KII Kolyonen, D. Blinov, E. Lindfors, K. D. Alejandro, t. Howatta, M. Burton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas y K. Nilsson, 11 de mayo de 2023, Science.
DOI: 10.1126/ciencia.abj9570