Un agujero negro masivo desgarra una estrella a más de 3.500 años luz del centro de su galaxia

Un equipo liderado por Itai Sfaradi, de la Universidad de California, ha identificado un agujero negro masivo situado a 1,08 kilopársecs (unos 3.500 años luz) del centro de su galaxia anfitriona, detectado a través del desgarro de una estrella cercana. El hallazgo, publicado el 28 de septiembre en el servidor de preprints arXiv, se basa en el análisis del evento de disrupción mareal TDE 2023mfm, localizado por primera vez por el Zwicky Transient Facility (ZTF) y estudiado posteriormente con los telescopios Keck, Lick, Hubble, Swift, Chandra, XMM-Newton y el VLA.

TDE 2023mfm: una estrella destruida a 1,08 kilopársecs del núcleo galáctico

Los agujeros negros masivos residen habitualmente en el centro de galaxias masivas. Sin embargo, en los últimos años se ha documentado una población de agujeros negros «errantes» que ocupan posiciones alejadas del núcleo, como consecuencia de fenómenos como el retroceso por ondas gravitacionales, la eyección gravitacional, la desaceleración orbital durante fusiones de galaxias o la presencia de sistemas binarios o triples de agujeros negros de larga duración.

Detectar estos objetos resulta difícil porque, cuando no están acretando materia de forma activa, no emiten ninguna señal detectable y constante. Los eventos de disrupción mareal ofrecen una excepción: cuando una estrella se acerca demasiado a uno de estos agujeros negros, es desgarrada, genera un flujo de material y produce un destello luminoso en múltiples longitudes de onda que delata la posición del agujero negro.

En el caso de TDE 2023mfm, la curva de luz óptica alcanzó su máximo en 30 días y luego decreció lentamente a lo largo de 100 días. El ajuste de la distribución espectral de energía en bandas ópticas y ultravioleta arrojó una temperatura de unos 20.000 Kelvin, que se mantuvo durante más de un mes tras el pico de brillo.

Sin emisión de rayos X y una señal de radio que tardó 991 días en aparecer

El equipo no detectó emisión de rayos X procedente del propio TDE. Una fuente tenue de rayos X sí fue registrada, pero los investigadores la atribuyen al núcleo de la galaxia anfitriona. La ausencia de rayos X al inicio es habitual en este tipo de eventos; menos frecuente es la no detección en fases posteriores. Según los autores, en torno al 40% de los TDE identificados con telescopios ópticos acaban siendo fuentes brillantes en rayos X, aunque algunos permanecen muy tenues durante años.

El comportamiento en radio resultó llamativo. Los radiotelescopios no captaron nada de TDE 2023mfm hasta que una señal débil apareció aproximadamente a los 991 días (unos 2,7 años), y apenas evolucionó después. Los autores señalan que este comportamiento contrasta con el de TDE 2024tvd, otro evento fuera del núcleo con el que TDE 2023mfm comparte brillo máximo, duración y tamaño de la galaxia anfitriona, pero cuyo comportamiento en radio es marcadamente distinto.

En cuanto a la clasificación espectral, el equipo detectó una línea de hidrógeno ancha y bien definida, lo que ubica al evento en la categoría TDE-H, aquella cuyos espectros muestran únicamente líneas de emisión de hidrógeno. Junto con sus colores azules, su temperatura sostenida y su posición fuera del núcleo, estos datos respaldan su identificación como un TDE genuino.

«La clara línea ancha de hidrógeno en el espectro óptico con la emisión del host sustraída, y la posición fuera del núcleo observada tanto en las alertas de ZTF como en múltiples imágenes ópticas, UV y de radio de alta resolución, nos llevan a concluir que TDE 2023mfm es un TDE-H fuera del núcleo», escribe el equipo en el preprint.

La masa del agujero negro, entre un millón y diez millones de soles, y tres escenarios de origen

Mediante tres métodos independientes, los investigadores estimaron la masa del agujero negro en un rango de entre un millón y diez millones de veces la masa del Sol. «Esto es similar a muchos de los TDE conocidos», indican los autores.

Para explicar cómo este objeto llegó a esa posición alejada del centro galáctico, el equipo evaluó tres hipótesis. La primera plantea que se trata del remanente de una galaxia pequeña que habría colisionado con la galaxia anfitriona en una fusión menor. En la ubicación del agujero negro existe un cúmulo de estrellas de entre diez millones y cien millones de masas solares, insuficiente para la masa del agujero negro, lo que sugeriría que la galaxia menor perdió gran parte de sus estrellas en el proceso.

La segunda opción propone que el agujero negro fue expulsado de un sistema triple de agujeros negros por retroceso de ondas gravitacionales. Los investigadores calculan que este mecanismo podría explicar aproximadamente el 1% de los TDE, y con unos 250 TDE ópticos conocidos, un caso de este tipo resulta estadísticamente plausible.

La tercera posibilidad es que dos agujeros negros se fusionaran y las ondas gravitacionales emitidas empujaran al objeto resultante fuera del núcleo. Tanto la segunda como la tercera hipótesis quedan descartadas por una razón concreta: el centro de la galaxia alberga su propio agujero negro, evidenciado por un núcleo galáctico activo tenue, lo que indica que la galaxia contiene dos agujeros negros. Esa circunstancia hace más plausible el escenario de la fusión menor.

Los autores apuntan que futuras observaciones en radio podrían aportar una confirmación independiente de la presencia del agujero negro fuera del núcleo y permitir una medición precisa de la separación entre los dos agujeros negros de la galaxia.

Fuente: phys.org