Cuando un destello de luz aparece en algún lugar del cielo, los astrónomos lo notan. Cuando aparece en una región del cielo que no se sabe que alberga un objeto estelar que ha brillado antes, realmente se sientan y se dan cuenta. En lenguaje astronómico, los objetos que emiten luz intermitente se denominan transitorios.
A principios de este año, los astrónomos detectaron un transitorio que brilló con la luz de mil millones de soles.
En este caso, fue la instalación transitoria de Zwicky (ZTF) la que detectó el destello. El ZTF es un estudio de todo el cielo dirigido al cielo nocturno del norte. Está alojado en el Observatorio Palomar y es un estudio sistemático que utiliza una cámara de luz óptica de campo extremadamente amplio para escanear todo el cielo del norte cada dos días. Es parte de lo que se conoce como astronomía en el dominio del tiempo, el estudio de los objetos astronómicos que cambian con el tiempo.
Cuando el ZTF detecta un nuevo transitorio en el cielo, se alerta a otros astrónomos. El ZTF no es adecuado para estudiar objetos en detalle. Simplemente los encuentra y luego pasa el relevo a otras instalaciones que son más adecuadas para observar objetos astronómicos con mayor detalle. En este caso intervino todo un grupo de instalaciones.
Las observaciones del Telescopio Espacial Hubble en óptica e infrarrojo combinadas con datos del Jansky Very Large Array señalaron la ubicación precisa del destello. El Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) determinó que estaba a 8.500 millones de años luz de distancia. Los datos de observación de otras instalaciones siguieron, dando a los astrónomos una imagen del destello a través de una amplia franja del espectro electromagnético.
Los resultados de todas esas observaciones y el análisis que siguió se publican en un nuevo artículo en Nature Astronomy. El documento es «El nacimiento de un chorro relativista después de la interrupción de una estrella por un agujero negro cosmológico». El primer autor es Dheeraj Pasham, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.
Como nos dice el título, la fuente de luz transitoria fue un chorro de materia emitido desde un agujero negro supermasivo (SMBH) al 99,9% de la velocidad de la luz. La señal de luz tiene un nombre, AT 2022cmc, y el SMBH responsable de ella se encuentra en la mitad del Universo. ¿Qué lo causó? Algo extraordinario, según el autor principal Pasham.
El responsable es un gigantesco agujero negro supermasivo (SMBH) en el corazón de una galaxia distante. El SMBH se está tragando una estrella que se acercó demasiado. Esto se llama Evento de Interrupción de Marea (TDE) y es el primero observado desde 2011. También es el primero visto en luz óptica, y el 78 que ZTF ha detectado.
AT 2022cmc es el TDE más distante jamás visto, y también el más brillante. Los estallidos de rayos gamma (GRB) son los objetos más brillantes del Universo, solo superados por el Big Bang. Entonces, es natural suponer que el evento fue un GRB. Pero no fue así. La alta luminosidad de rayos X del chorro ayudó a descartar eso.
“Este evento en particular fue 100 veces más poderoso que el resplandor más poderoso del estallido de rayos gamma”, dijo el autor principal Pasham en un comunicado de prensa. “Fue algo extraordinario”.
El TDE simplemente apuntó su abrasador chorro de material directamente a la Tierra, como si una linterna brillara justo en nuestros ojos. Los cálculos aproximados mostraron que el chorro era tan brillante como un billón de soles.
El Universo está lleno de eventos transitorios, pero la observación de TDE aún es rara. Ayuda cuando el chorro apunta directamente a la Tierra, como fue en este caso. Pero cuando un SMBH consume una estrella que se acercó demasiado, no siempre emite chorros. Los TDE como este brindan a los astrónomos la oportunidad de aprender más sobre los SMBH que los causan.
“La última vez que los científicos descubrieron uno de estos chorros fue hace más de una década”, dijo Michael Coughlin, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Minnesota Twin Cities y codirector del artículo. “A partir de los datos que tenemos, podemos estimar que los chorros relativistas se lanzan en solo el 1% de estos eventos destructivos, lo que hace que AT2022cmc sea un evento extremadamente raro. De hecho, el destello luminoso del evento se encuentra entre los más brillantes jamás observados”.
Los agujeros negros supermasivos son, obviamente, extraordinariamente grandes. Los más masivos son varios miles de millones de veces más masivos que el Sol. Incluso en astronomía, un tema conocido por los grandes números, algo varios miles de millones de veces más masivo que nuestra estrella es casi incomprensible.
Pero resulta que incluso algo tan grande no puede comerse una estrella de un bocado. Se está tomando su tiempo devorando la estrella. El chorro probablemente se emitió durante un «frenesí de alimentación» intermitente, según Pasham. «Probablemente se esté tragando la estrella a razón de la mitad de la masa del sol por año», estima Pasham. «Gran parte de esta interrupción de las mareas ocurre desde el principio, y pudimos detectar este evento desde el principio, dentro de una semana desde que el agujero negro comenzó a alimentarse de la estrella».
Los astrónomos aún no pueden ver la galaxia que lo emitió. La luz del chorro es tan poderosa que eclipsa a su galaxia anfitriona. Pero los astrónomos creen que una vez que el chorro se atenúe, podrán detectar la galaxia con el Hubble y el telescopio espacial James Webb.
Eso podría llevarlos en parte a responder una pregunta importante: todos los SMBH están obligados a comer estrellas, ¿por qué tan pocos de ellos emiten chorros? Las observaciones muestran que los que emiten este tipo de chorros probablemente estén girando rápidamente. La rotación ayuda a impulsar estos chorros ultraluminosos.
La rotación rápida podría ser solo un factor, quizás el factor más fácil de observar. Pero lleva a los investigadores un paso más cerca de comprender las asombrosas fuerzas que actúan en las SMBH.
«Sabemos que hay un agujero negro supermasivo por galaxia, y se formaron muy rápidamente en el primer millón de años del universo», dice el coautor Matteo Lucchini, un postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Eso nos dice que se alimentan muy rápido, aunque no sabemos cómo funciona ese proceso de alimentación. Por lo tanto, las fuentes como un TDE en realidad pueden ser una muy buena sonda de cómo ocurre ese proceso».
Lo que necesitan los astrofísicos es encontrar más de estos chorros, TDE y SMBH. Probablemente obtendrán su deseo en un futuro cercano.
Con instalaciones como el Observatorio Vera Rubin próximamente en línea, estamos obligados a detectar más transitorios como AT2022cmc. El Vera Rubin debería ver la primera luz en 2023 y realizará un estudio sinóptico que generará imágenes de todo el cielo nocturno visible cada pocas noches. Uno de sus cuatro objetivos científicos es encontrar transitorios y notificar a otros observatorios para realizar observaciones de seguimiento. Y debería encontrar muchos de ellos.
“Nuestra nueva técnica de búsqueda nos ayuda a identificar rápidamente eventos cósmicos raros en los datos de la encuesta ZTF. Y dado que ZTF y los próximos sondeos más grandes, como el LSST de Vera Rubin, escanean el cielo con tanta frecuencia, ahora podemos esperar descubrir una gran cantidad de eventos cósmicos raros o no descubiertos previamente y estudiarlos en detalle”, dice Igor Andreoni, asociado postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la UMD y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
“La astronomía está cambiando rápidamente”, dijo Andreoni. “Más encuestas de todo el cielo ópticas e infrarrojas ahora están activas o pronto estarán en línea. Los científicos pueden usar AT2022cmc como modelo para saber qué buscar y encontrar más eventos disruptivos de agujeros negros distantes. Esto significa que, más que nunca, la minería de big data es una herramienta importante para avanzar en nuestro conocimiento del universo”.
Atrás quedaron los días en que los astrónomos profesionales pasaban largas y frías noches mirando por el ocular de sus telescopios. Si aún confiáramos en esos esfuerzos, probablemente nunca veríamos un TDE. Los estudios automatizados del cielo se están volviendo cada vez más frecuentes, cubren franjas más grandes del cielo que las que pueden hacer los astrónomos y lo hacen con mayor diligencia. Nunca se cansan, enferman o toman vacaciones.
Pero instalaciones como estas generan una enorme cantidad de datos, a los que aludió Andreoni. Se espera que el Observatorio Vera Rubin tome 200.000 fotografías cada año de su funcionamiento de diez años. Eso significa que generará 1,2 petabytes de datos cada año, muchos más datos de los que los astrónomos podrán manejar. Dependerá de la IA y el aprendizaje automático manejar todos esos datos.
La instalación transitoria de Zwicky sirvió como prototipo para el Vera Rubin. Pero mientras que el ZTF encontró 78 TDE desde su inicio, el Vera Rubin empequeñecerá esos resultados. Nadie está seguro de cuántos TDE encontrará, pero se espera que el observatorio genere cientos de alertas por segundo, y cada una será transitoria de algún tipo.
Algunos de ellos serán TDE y, a medida que se produzcan más detecciones, los astrónomos realizarán observaciones de seguimiento con otras instalaciones.
“Esperamos muchos más de estos TDE en el futuro”, dijo Lucchini. «Entonces podríamos decir, finalmente, cómo exactamente los agujeros negros lanzan estos chorros extremadamente poderosos».
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