Las estrellas más masivas del universo suelen acabar con sus vidas en espectaculares explosiones conocidas como supernovas antes de colapsar en agujeros negros. Pero una estrella masiva parece haber corrido un destino muy diferente. En lugar de explotar, pasa muy cerca de un agujero negro supermasivo, que lo destroza y lo devora en pedazos.
Ese escenario es la mejor explicación para un nuevo hallazgo. Naturaleza Astronomía Un estudio describe la llamarada de energía más fuerte y distante jamás vista desde un agujero negro supermasivo. El objeto fue detectado por primera vez en 2018 por Zwicky Transient Facility (ZTF), un estudio del cielo financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y realizado en el Observatorio Palomar de Caltech. También fue rastreado por Catalina Real-Time Transient Survey, otro proyecto de Caltech financiado por NSF. La llamarada se iluminó dramáticamente (en un factor de 40 en cuestión de meses) y en su punto máximo fue 30 veces más brillante que cualquier llamarada de agujero negro anterior. En su máxima intensidad, brillaba tanto como 10 billones de soles.
Un vistazo al universo temprano
El agujero negro responsable es un núcleo galáctico activo (AGN), un tipo de agujero negro que se alimenta activamente de la materia circundante. Conocido como J2245+3743, se estima que este AGN tiene 500 millones de veces la masa del Sol y se encuentra a unos 10 mil millones de años luz de la Tierra. Debido a que a la luz le toma tiempo viajar distancias tan grandes, los astrónomos consideran que el fenómeno ocurrió cuando el universo era joven.
“Más fuerte muestra que este objeto es muy distante y muy brillante”, dijo Matthew Graham, profesor de astronomía en Caltech y científico del proyecto en ZTF, autor principal del estudio. “Esto no se parece a ningún AGN que hayamos visto”.
Aunque la llamarada se está desvaneciendo lentamente, los astrónomos continúan observándola. El tiempo mismo se mueve de manera diferente a esas distancias, un fenómeno conocido como dilatación del tiempo cósmico. Como explica Graham, “la luz viaja a través de la extensión del espacio para llegar a nosotros, y sus longitudes de onda se expanden a medida que lo hace el tiempo”. Por esta razón, los estudios del cielo a largo plazo como ZTF y Catalina son cruciales. “Siete años aquí son dos años allá. Estamos viendo el evento disputado a un cuarto de velocidad”, añadió.
La estrella que fue destrozada
Para descubrir qué podría haber causado esta extraordinaria explosión, los investigadores examinaron varias posibilidades y determinaron la causa probable de un evento de alteración de las mareas (TDE). Un TDE ocurre cuando una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro supermasivo y su enorme gravedad la separa. El material estelar se extrae y consume lentamente. Debido a que la llamarada de J2245+3743 todavía es visible, los astrónomos creen que el agujero negro está a mitad de camino, “a mitad de camino en la garganta de una ballena como un pez”, dijo Graham.
Si esta interpretación es correcta, la estrella destruida era al menos 30 veces más grande que el Sol. El récord anterior del TDE más grande conocido (un evento apodado Scary Barbie) era aproximadamente 30 veces más débil e involucraba una estrella de sólo tres a diez veces la masa del Sol.
Un agujero negro alimentándose es un evento raro dentro de un disco
La mayoría de los aproximadamente 100 TDE conocidos no ocurrieron dentro de los sistemas AGN, que ya están rodeados por densos discos giratorios de material que alimentan el agujero negro central. Estos entornos brillantes suelen enmascarar otros eventos, lo que dificulta la detección de TDE. Sin embargo, el puro brillo de J2245+3743 lo deja claro.
Inicialmente, los astrónomos no vieron nada inusual. Cuando el objeto se detectó por primera vez en 2018, los espectros obtenidos con el Telescopio Hale de 200 pulgadas en el Observatorio Palomar no mostraron características especiales. Pero para 2023, el brote esperado se estaba desvaneciendo más lentamente. Un espectro de seguimiento del Observatorio WM Keck en Hawaii reveló el brillo extremo del AGN.
Confirmando la llamarada más brillante jamás registrada
“En primer lugar, era importante establecer que este objeto extremo era realmente tan brillante”, dijo la coautora Kay Savic Ford del Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (CUNY), el Colegio Comunitario del Municipio de Manhattan y el Museo Americano de Historia Natural (AMNH). Ford explicó que una opción era que la luz de la llamarada brillara directamente hacia la Tierra, pero los datos de la antigua misión Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA lo descartaron. Después de descartar otras posibilidades, el equipo concluyó que J2245+3743 representa la llamarada de agujero negro más brillante jamás vista.
“Si convertimos todo nuestro Sol en energía usando la famosa fórmula de Albert Einstein E = mc2, esa es la cantidad de energía que ha estado saliendo de esta llamarada desde que comenzamos a observarla”, señala Ford.
Destrucción de una estrella por una supernova
Después de verificar la intensidad récord de la llamarada, los investigadores exploraron su origen. “Las supernovas no son lo suficientemente brillantes para eso”, dijo Ford. La explicación más consistente es que un agujero negro supermasivo destroza lentamente una estrella masiva.
“Estas estrellas masivas son raras”, añadió Ford, “pero creemos que las estrellas dentro del disco de un AGN pueden volverse masivas. El material del disco es arrojado a las estrellas, lo que hace que crezcan en masa”.
Buscando más gigantes cósmicos
El descubrimiento de un agujero negro que envuelve una estrella tan masiva sugiere que pueden estar ocurriendo eventos similares en otras partes del universo. El equipo de investigación planea buscar más datos de ZTF para identificar otros ejemplos y futuros observatorios como NSF y Vera C del Departamento de Energía. El Observatorio Rubin también puede descubrir TDE extra grandes.
“En primer lugar, no habríamos encontrado este evento raro si no fuera por ZTF”, dijo Graham. “Hemos estado observando el cielo con ZTF durante siete años, por lo que cuando vemos algo que brilla o cambia, podemos ver lo que hizo en el pasado y cómo evolucionará”.
El equipo detrás del descubrimiento
El estudio, titulado “Una llamarada increíblemente brillante registrada desde un agujero negro supermasivo”, contó con el apoyo de la NSF, la Fundación Simmons, la NASA y la Fundación Alemana de Investigación. Los coautores incluyen a los investigadores de Caltech Andrew Drake, Yuanze Ding (MS ’25), Mansi Kasliwal (PhD ’11), Sam Rose, Gene Somalwar (actualmente postdoctorado en UC Berkeley), George Georgovsky, Sri Kulkarni y Ashish Mahabal; Tracy Chen y Steven Groom del Centro de Astronomía IPAC de Caltech; y Daniel Stern del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (dirigido por Caltech). Otros contribuyentes incluyen a Barry McKernan (CUNY Graduate Center, Borough of Manhattan Community College y AMNH); Matteo Cantiello (Instituto Flatiron y Universidad de Princeton); Mike Koss (Eureka Científico); Raffaella Margutti (UC Berkeley); Phil Wiseman (Universidad de Southampton, Reino Unido); Patrick Veres (Universidad del Ruhr, Alemania); y Eric Bellum (Universidad de Washington).
El ZTF de Caltech está financiado por NSF y socios internacionales, con apoyo adicional de la Fundación Heising-Simmons y Caltech. Los datos son procesados y archivados por el IPAC de Caltech, y la NASA financia la búsqueda de objetos cercanos a la Tierra por parte de ZTF a través de su Programa de Observación de Objetos Cercanos a la Tierra.
