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Nunca antes visto: el eructo de un agujero negro expulsando una estrella

Una situación nunca antes documentada entregaron astrónomos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) y autor principal de un nuevo estudio que analiza un verdadero «eructo» de un agujero negro.

En octubre de 2018, una pequeña estrella fue destrozada cuando vagó demasiado cerca de un agujero negro en una galaxia ubicada a 665 millones de años luz de distancia de la Tierra. Tres años después, en 2022, estos científicos están detectando cómo comenzó a expulsar material.

Imagen utilizada con permiso del titular de los derechos de autor

«Esto nos tomó completamente por sorpresa: nadie había visto algo como esto antes», dice Yvette Cendes, investigadora asociada.

El equipo concluye que el agujero negro ahora está expulsando material que viaja a la mitad de la velocidad de la luz, pero no están seguros de por qué el flujo de salida se retrasó varios años. Los resultados, descritos esta semana en el Astrophysical Journal, pueden ayudar a los científicos a comprender mejor el comportamiento de alimentación de los agujeros negros, que Cendes compara con «eructar» después de una comida.

El equipo detectó el estallido inusual mientras revisaba los eventos de interrupción de marea (TDE), cuando las estrellas invasoras son tragadas por agujeros negros, que ocurrieron en los últimos años.

Edo Berger, profesor de astronomía en la Universidad de Harvard y coautor del nuevo estudio, comentó que «esta es la primera vez que hemos sido testigos de un retraso tan largo entre la alimentación y la salida. El siguiente paso es explorar si esto realmente sucede con más regularidad y simplemente no hemos estado mirando los TDE lo suficientemente tarde en su evolución».

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Diego Bastarrica
Diego Bastarrica es periodista y docente de la Universidad Diego Portales de Chile. Especialista en redes sociales…
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Ilustración del agujero negro Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea. Observatorio Internacional de Géminis/NOIRLab/NSF/AURA/J. DA Silva/(Spaceengine) Agradecimientos: M. Zamani (NOIRLab de NSF)
Mientras que un agujero negro típico pesa hasta alrededor de 10 veces la masa del sol, los agujeros negros supermasivos pueden pesar millones o incluso miles de millones de veces la masa del sol. Sin embargo, estos objetos son increíblemente densos, y es difícil imaginar cuán grande sería un objeto así. Ese es el punto de esta comparación de video, que muestra el tamaño de diferentes tipos de agujeros negros en comparación con nuestro sistema solar, escalados de acuerdo con sus sombras.

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Los investigadores pudieron detectar el evento debido al patrón de brillo distintivo de la estrella, que es similar a lo que podemos esperar que eventualmente le suceda a nuestro sol. "Estamos viendo el futuro de la Tierra", dijo el autor principal de la investigación, Kishalay De, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en un comunicado. "Si alguna otra civilización nos estuviera observando desde 10.000 años luz de distancia mientras el sol envolvía la Tierra, verían que el sol se ilumina repentinamente a medida que expulsa algún material, luego forma polvo a su alrededor, antes de volver a ser lo que era".
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La observación de este evento, que es el primero de su tipo en ser visto como sucedió, requirió el uso de varias instalaciones de astronomía. El destello brillante inicial, que fue causado por el planeta siendo arrastrado hacia la atmósfera de la estrella, fue observado por la Instalación Transitoria Zwicky en el Observatorio Palomar en California. Observa el cielo en busca de eventos breves y transitorios. Luego, los astrónomos utilizaron datos de la misión Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer de la NASA para observar el evento en el infrarrojo, donde vieron que el destello inicial se volvió brillante extremadamente rápido, pero luego solo emitió una cantidad menor de energía.

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Inédita imagen de un agujero negro supermasivo arrojando un chorro de materia
agujero negro arrojando chorro de materia

Además de atraer cualquier cosa que se acerque a ellos, los agujeros negros ocasionalmente pueden expulsar materia a velocidades muy altas. Cuando las nubes de polvo y gas se acercan al horizonte de eventos de un agujero negro, parte de él caerá hacia adentro, pero algunos pueden ser redirigidos hacia afuera en ráfagas altamente energéticas, lo que resulta en dramáticos chorros de materia que se disparan a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Los chorros pueden propagarse por miles de años luz, con un chorro emergiendo de cada uno de los polos del agujero negro en un fenómeno que se cree que está relacionado con el giro de estos.
Los científicos que observan el núcleo de radio compacto de M87 han descubierto nuevos detalles sobre el agujero negro supermasivo de la galaxia. En la concepción de este artista, el chorro masivo de materia del agujero negro se ve elevándose desde el centro del agujero negro. Las observaciones en las que se basa esta ilustración representan la primera vez que el chorro y la sombra del agujero negro se han fotografiado juntos, dando a los científicos nuevos conocimientos sobre cómo los agujeros negros pueden lanzar estos poderosos chorros. S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Algunos de los chorros más grandes del universo conocido provienen de los enormes agujeros negros en el centro de las galaxias, llamados agujeros negros supermasivos. Y ahora, por primera vez, los astrónomos han fotografiado un agujero negro supermasivo expulsando uno de esos chorros. El agujero negro en cuestión es el famoso en el corazón de la galaxia Messier 87, que es conocida por ser el primer agujero negro fotografiado por una colaboración llamada Event Horizon Telescope (EHT). Usando una asociación similar de telescopios en todo el mundo, los astrónomos pudieron capturar este monstruoso agujero negro arrojando materia en un chorro.
Esta imagen de GMVA+ALMA muestra la sombra del chorro y el agujero negro de M87 juntos por primera vez, dando a los científicos el contexto necesario para comprender dónde se formó el poderoso chorro. Las nuevas observaciones también revelaron que el anillo del agujero negro, que se muestra en el recuadro, es un 50% más grande de lo que los científicos creían anteriormente. R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Las observaciones también han dado una nueva visión del agujero negro en sí. "Las imágenes originales del EHT revelaron solo una parte del disco de acreción que rodea el centro del agujero negro. Al cambiar las longitudes de onda de observación de 1,3 milímetros a 3,5 milímetros, podemos ver más del disco de acreción, y ahora el chorro, al mismo tiempo", dijo uno de los investigadores, Toney Minter, en un comunicado. "Esto reveló que el anillo alrededor del agujero negro es un 50% más grande de lo que creíamos anteriormente".

Las observaciones fueron tomadas con radiotelescopios, incluyendo conjuntos potentes como el Global mm-VLBI Array (GMVA) y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que utilizan muchos platos más pequeños que trabajan juntos para observar fuentes de radio muy distantes. Al combinar los esfuerzos de diferentes observatorios, los astrónomos podrían obtener una mejor visión de este famoso agujero negro. Sabían que el agujero negro estaba emitiendo chorros, pero no sabían exactamente cómo o dónde se estaban formando esos chorros.

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