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Las ráfagas de radio de los agujeros negros ‘zombies’ entusiasman a los astrónomos

Cuando una estrella desafortunada se aventura demasiado cerca de uno de los agujeros negros supermasivos que acechan en el centro de las galaxias, se rompe en pedazos y se estira como un espagueti. En este llamado evento de interrupción de marea (TDE), el agujero negro se come los restos estelares, que envuelven el vientre del agujero negro en un disco de acreción. Durante el festín, el agujero negro puede brillar más que una supernova durante meses, antes de volver a un tranquilo estado de hibernación.

O eso suele ser la historia.

El seguimiento continuo por parte de astrónomos pacientes ha revelado ahora algunos casos en los que los agujeros negros se despiertan y expulsan materia y energía, enviando ráfagas de ondas de radio hacia la Tierra meses o incluso años después del TDE inicial. “¿Qué tiene de increíblemente inusual [these events] es que los objetos volvieron a la vida, como un zombi”, dice Enrico Ramírez-Ruiz, astrofísico teórico de la Universidad de California, Santa Cruz. “Esto realmente está desafiando el paradigma”.

Los astrónomos no están seguros de qué está desencadenando los estallidos retrasados, pero creen que las emisiones podrían ayudar a explicar los misteriosos mecanismos por los cuales los agujeros negros convierten el material estelar que cae en poderosos chorros que salen disparados de sus polos. “Nos está diciendo algo sobre la física del motor central que de otro modo estaría oculto para nosotros”, dice Sasha Tchekhovskoy, astrofísica computacional de la Universidad Northwestern. “Estos chorros pueden explotar galaxias enteras, por lo que es un proceso realmente importante en la evolución de las galaxias”.

La mayoría de las pocas docenas de TDE conocidas se han detectado a partir de la luz óptica o los rayos X emitidos en la fiesta inicial. Pero, «la radio ahora está jugando un papel muy importante» en la comprensión de los TDE, dice el astrónomo Igor Andreoni del Joint Space-Science Institute. Los agujeros negros generan ondas de radio al expulsar plasma, bombeándolo en chorros polares o expulsando material que choca contra el gas circundante. Pero estos flujos de salida normalmente tienen lugar durante un TDE, poco después de que el agujero negro desgarre su comida.

Sin embargo, en febrero de 2021, Assaf Horesh, astrofísico de la Universidad Hebrea de Jerusalén, descubrió una ráfaga de radio eso vino 6 meses después del TDE inicial. Luego, el 30 de junio, Yvette Cendes, astrónoma del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, informó haber encontrado otra llamarada retrasada en una preimpresión publicada en arXiv. Usando múltiples observatorios, ella y sus colegas documentaron un pico rápido en la actividad de radio que se lanzó más de 2 años después de la merienda inicial del agujero negro. “Es un caso bastante excepcional”, dice Cendes.

El estudiante graduado de Horesh, Itai Sfaradi, puede haber captado un tercer ejemplo. Reanalizar un TDE visto anteriormenteafirma Sfaradi en la edición del 10 de julio de El diario astrofísico que encontró emisiones de radio retardadas en combinación con una bengala de rayos X. Estas emisiones en tándem a veces se ven en los llamados binarios de rayos X, en los que los agujeros negros del tamaño de una estrella succionan el gas de una estrella emparejada, lo que sugiere que los mecanismos pueden estar relacionados, dice Horesh.

Los cambios en el disco de acreción del agujero negro alimentan los estallidos de las binarias de rayos X, y Ramírez-Ruiz cree que lo mismo puede estar sucediendo con los agujeros negros supermasivos, meses después de un TDE. En este escenario, el gas espaguetizado de una estrella se acumula más lentamente con el tiempo, lo que permite que el disco de acreción se enfríe y se vuelva más delgado. Eventualmente, el disco se debilita lo suficiente como para abrir una ruta de escape que permite que las líneas del campo magnético del agujero negro lancen material desde el disco al espacio, donde choca contra el gas circundante y produce ráfagas de radio.

Tchekhovskoy está de acuerdo, y tiene modelos que demuestran el comportamiento. Él y sus colegas realizaron simulaciones por computadora de la evolución del disco de acreción y descubrieron que pueden alcanzar un estado Ricitos de oro en el que los jets pueden formarse de manera eficiente. El momento clave llega cuando el disco de acreción aún es lo suficientemente denso como para alimentar los jets, pero no tanto como para reabsorber las ondas de radio generadas. Quizás es por eso que estamos viendo estos estallidos retrasados, dice: «Solo estamos esperando que el gas tenga la densidad adecuada».

Podrían surgir más pistas si las encuestas de radio de campo amplio pueden capturar otros despertares de zombis. El Very Large Array, un complejo de telescopios en Nuevo México, está listo para escanear los cielos por tercera vez el próximo año, y el Australian Square Kilometer Array Pathfinder lanzará un estudio de cielo completo a finales de este año. Tanto Cendes como Horesh planean realizar sondeos de radio de seguimiento de TDE utilizando estos observatorios, entre otros. En un trabajo inédito, Cendes cree haber encontrado ya varios candidatos más.

Descubrir una población más grande de estos TDE con estallidos retrasados ​​abriría un laboratorio natural, lo que permitiría a los teóricos investigar el comportamiento de los agujeros negros en una amplia gama de condiciones, dice Ramírez-Ruiz. Para los físicos, dice, «la gastronomía de agujeros negros realmente ofrece un nuevo campo de juego».

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