La luz polarizada revela el destino final de una estrella ‘espaguetizada’ por un agujero negro

Zoom / Si una estrella (rastro rojo) se acerca demasiado a un agujero negro (izquierda), puede romperse o triturarse por la intensa gravedad. Parte del material de la estrella orbita alrededor del agujero negro, como el agua en una alcantarilla, y emite abundantes rayos X (azules).

NASA/CXC/M. Weiss

Cuando los astrónomos observaron por primera vez una estrella triturada, o «espagueti», después de acercarse mucho a un agujero negro supermasivo en 2019, determinaron que una gran parte del material de la estrella estaba siendo disparada hacia el exterior en fuertes vientos de luz óptica emitida por la explosión. . Ahora, astrónomos de la Universidad de California, Berkeley (UCB) han analizado la polarización de esa luz para determinar que la nube probablemente era esféricamente simétrica, agregando más evidencia de esos fuertes vientos.

«Esta es la primera vez que alguien ha deducido la forma de una nube de gas alrededor de una estrella de marea», dijo. El coautor Alex Filippenko dijo:, astrónomo de la UCB. Los resultados más recientes aparecieron en ultimo papel Publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

como somos mencioné anteriormente, un objeto que pasa más allá del horizonte de eventos de un agujero negro, incluida la luz, es tragado y no puede escapar, aunque los agujeros negros también son comedores caóticos. Esto significa que parte de la sustancia corporal ya ha sido expulsada en un fuerte chorro. Si este objeto es una estrella, entonces el proceso de su desgarro (o «desgarro») por las fuertes fuerzas gravitatorias del agujero negro ocurre fuera del horizonte de sucesos, y una porción de la masa original de la estrella es expulsada violentamente hacia afuera. Esto puede tener forma anillo giratorio del material (también conocido como disco de acumulación) alrededor del agujero negro que emite potentes rayos X y luz visible. Los chorros son una forma en que los astrónomos pueden inferir indirectamente la existencia de un agujero negro.

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En 2018, los astrónomos anunciaron primera foto en vivo Las consecuencias del desgarro de una estrella por un agujero negro de 20 millones de veces la masa de nuestro sol en un par de galaxias en colisión llamadas Arp 299 a 150 millones de años luz de la Tierra. Un año después, los astrónomos registraron Últimos estertores de muerte Una estrella desgarrada por un agujero negro supermasivo en tal «evento de perturbación de marea(TDE), también conocido como AT 2019qiz. La estrella con aproximadamente la mitad de su masa alimentada, o acumulada, se rompió en un agujero negro de un millón de veces la masa del Sol, y la otra mitad fue expulsada hacia afuera.

Estos poderosos estallidos de luz a menudo se ocultan detrás de un velo de polvo y escombros interestelares, lo que dificulta que los astrónomos los estudien con más detalle. Pero en 2019, qiz se descubrió poco después de que la estrella se desgarrara el año pasado, lo que facilitó el estudio en detalle, antes de que se formara por completo la cortina de polvo y escombros. Los astrónomos realizaron observaciones de seguimiento en todo el espectro electromagnético durante los siguientes seis meses, utilizando múltiples telescopios en todo el mundo. Estas observaciones proporcionaron la primera evidencia directa de que el gas que fluye durante la turbulencia y la acumulación produce fuertes emisiones de luz y radio observadas anteriormente.

Impresión artística de una estrella interrumpida gradualmente por la fuerte atracción gravitatoria de un agujero negro supermasivo.
Zoom / Impresión artística de una estrella interrumpida gradualmente por la fuerte atracción gravitatoria de un agujero negro supermasivo.

Los astrónomos sabían que la luz óptica emitida tenía una ligera polarización del 1 por ciento según las observaciones del Telescopio Shin de 3 metros en el Observatorio del Lago cerca de San José, California. El observatorio incluye un espectrómetro para determinar la polarización de la luz óptica. La luz puede polarizarse después de que los electrones se dispersen en la nube de gas. Debido a lo remoto que es este TDE, generalmente aparece solo como un punto de luz, y la polarización es una de las pocas propiedades que insinúan las formas de los objetos.

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de acuerdo a Coautor Kishore Patra, gran parte de la luz emitida por el disco de acreción habría comenzado en el sistema de rayos X, pero a medida que atravesaba la nube de gas, esta luz continuó perdiendo energía gracias a diversas formas de dispersión, absorción y reemisión, lo que eventualmente resultó en apareciendo en el fotosistema que gobierna. «La dispersión final determina el estado de polarización del fotón», dijo Batra. «Entonces, al medir la polarización, podemos inferir la geometría de la superficie donde ocurre la dispersión final».

Según las mediciones de polarización de octubre de 2019 que mostraron polarización cero, los científicos de Berkeley calcularon que la luz procedía de una nube esférica con un radio de superficie de unas 100 unidades astronómicas (au), o unas 100 veces más grande que la órbita de la Tierra. Sin embargo, las mediciones realizadas un mes después revelaron una polarización de la luz del 1 por ciento, lo que indica que la nube se había debilitado y adquirido una ligera asimetría.

«Esta observación excluye una clase de soluciones que se han propuesto teóricamente y nos brinda restricciones más fuertes sobre lo que sucede con el gas alrededor del agujero negro». batra dijo. «La gente ha visto otra evidencia de viento que surge de estos eventos, y creo que este estudio de polarización definitivamente hace que esa evidencia sea aún más fuerte, en el sentido de que no obtendrás una geometría esférica sin suficiente viento. El hecho interesante aquí es que una gran parte de la materia en Una estrella que está girando en espiral hacia adentro finalmente no cae en el agujero negro, simplemente explota alejándose del agujero negro».

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DOI: Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, 2022. 10.1093/Manras/Pila 1727 (Acerca de los DOI).

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