“¿Qué sucede cuando arrojas una estrella a un agujero negro?” No es una pregunta que podamos responder físicamente aquí en la Tierra.
Afortunadamente, lo real agujeros negros ¡Y las estrellas no pueden chocarse entre sí en el laboratorio! Sin embargo, los científicos pueden usar modelos avanzados de supercomputadoras para simular un agujero negro que destroza y devora una estrella en un llamado “evento de disrupción de marea” o “TDE”. Al hacer exactamente eso, un equipo de investigadores dirigido por Danel Price de la Universidad de Monash ha descubierto que la respuesta a nuestra pregunta inicial es “las cosas se complican”.
“Los agujeros negros no pueden comer tanto”, dijo Price a Space.com. “Así que, al igual que yo, después de un mal curry, gran parte no baja al agujero negro, y la mayor parte regresa en forma de salidas violentasObservamos esto en eventos de disrupción de mareas: fuertes efluentes, material con temperatura relativamente baja y constante, y grandes distancias de emisión”.
Si esto no es suficientemente repugnante, muy parecido a una desventura de un sábado por la noche que involucra alcohol y una bhuna dudosa, los agujeros negros se despiertan rodeados por los restos regurgitados de sus comidas en una estructura llamada “envoltura de Eddington”.
“Descubrimos que durante la disrupción, el agujero negro queda cubierto de material. Esto es nuevo”, explicó Price. “Es una vieja idea que esto debería suceder, pero pudimos demostrar que cómo “Esto se hace simulando la dinámica del gas”.
Relacionado: La sangrienta «muerte por agujero negro» de una estrella masiva es el evento más grande y brillante de su tipo
¿Pasta y curry? ¡No es de extrañar que los agujeros negros enfermen!
Los TDE ocurren cuando las estrellas se acercan demasiado a la agujeros negros supermasivos que se esconden en el corazón de todas las grandes galaxias.
“Las estrellas chocan entre sí a medida que viajan a través de la galaxia, por lo que sus órbitas se alteran ligeramente. Solo ocasionalmente, una vez cada 100.000 años, una estrella chocará lo suficiente como para quedar atrapada en el agujero negro y precipitarse hacia él”, explicó Price. “La clave es que las estrellas solo chocan un poco, por lo que, como Cometas que se precipitan hacia el solSuelen aparecer en órbitas parabólicas, lo que resulta complicado de simular”.
Una vez que la estrella está demasiado cerca del agujero negro supermasivo, la inmensa influencia gravitacional de este titán cósmico genera poderosas fuerzas de marea con la estrella que hacen que se comprima horizontalmente y se estire verticalmente.
Este proceso, llamado “espaguetificación” (sabemos que hemos cambiado de cocina, pero no lo olvidemos), convierte la estrella en brillantes fideos de material estelar o “plasma”. Esto envuelve al destructor agujero negro como espaguetis alrededor de un tenedor. De esta nube aplanada y arremolinada de plasma sobrecalentado llamada “disco de acreción“Lo supermasivo se alimenta poco a poco.
El proceso TDE y el disco giratorio de desechos estelares alrededor del agujero negro generan poderosas emisiones electromagnéticas que permiten a los astrónomos estudiar estos eventos.
Sin embargo, todavía existen misterios en torno a los TDE que necesitan respuesta.
Para adentrarse en las complejidades de los TDE, Price y el equipo realizaron la primera simulación autoconsistente de un Estrella que es perturbada por mareas por un agujero negro supermasivo para rastrear la evolución de los desechos resultantes a lo largo de un año entero utilizando un código avanzado de hidrodinámica de partículas suavizadas llamado “Phantom”.
“Básicamente, lanzamos una estrella a un agujero negro dentro de la computadora”, dijo Price. “En concreto, pasamos mucho tiempo tratando de implementar correctamente los efectos de La teoría general de la relatividad de Einsteinque describe el espacio-tiempo cerca de un agujero negro.
“Nuestras simulaciones proporcionan una nueva perspectiva sobre la momentos finales de las estrellas en las proximidades de agujeros negros supermasivos.”
La simulación Phantom reveló que los desechos estelares creados durante un TDE forman una burbuja asimétrica alrededor del agujero negro. Esto conduce al reprocesamiento de la energía, lo que produce emisiones de luz con temperaturas más bajas y luminosidades más débiles.
El equipo también descubrió que este gas se mueve alrededor del agujero negro supermasivo a velocidades de entre 10.000 y 20.000 kilómetros por segundo, lo que equivale aproximadamente a 60.000 veces la velocidad del sonido al nivel del mar o alrededor del 7% de la velocidad de la luz.
“El estudio ayuda a explicar varias propiedades desconcertantes de los TDE observados”, dijo Price. “Una buena analogía es el cuerpo humano: cuando comemos el almuerzo, nuestra temperatura corporal no cambia mucho; esto se debe a que reprocesamos la energía del almuerzo en longitudes de onda infrarrojas.
“Un TDE es similar; en general no vemos el estómago del agujero negro devorando gas porque está sofocado por material que reemite en longitudes de onda ópticas. Nuestras simulaciones muestran cómo ocurre esta sofocación”.
El reprocesamiento de energía y la asfixia del agujero negro en la simulación explica uno de los mayores misterios observacionales sobre los TDE: entender por qué emiten principalmente en longitudes de onda de luz ópticas o visibles en lugar de rayos X, agregó Price.
Los hallazgos también explican muchos otros misterios de la TDE, incluido por qué la destrucción de estrellas se ve con una luz más tenue que la esperada y por qué este material parece estar moviéndose hacia nosotros a una fracción de la velocidad de la luz.
En cuanto al futuro, las simulaciones del equipo han dejado mucho en que pensar.
“Hay muchas cosas para explorar aquí. Una vez que el Observatorio Vera Rubin “Cuando comience a funcionar, esperamos observar miles de fenómenos transitorios en los próximos diez años”, concluyó Price. “Necesitamos probar el mismo tipo de simulación para todo tipo de estrellas y agujeros negros de diferentes masas, de modo que sea aplicable a diferentes eventos observados”.
La investigación del equipo se publica en la revista Cartas de la revista Astrofísica.