Los agujeros negros de tamaño mediano comen estrellas como niños pequeños desordenados
toma algunos bocados y luego tira los restos por toda la galaxia, según ha revelado un nuevo estudio dirigido por la Universidad Northwestern.
En nuevas simulaciones por computadora en 3D, los astrofísicos modelaron agujeros negros de masas variables y luego proyectaron estrellas (del tamaño de nuestro sol) más allá de ellos para ver qué podría suceder.
Cuando una estrella se acerca a un agujero negro de masa intermedia, inicialmente queda atrapada en la órbita del agujero negro, encontraron los investigadores. Después de eso, el agujero negro comienza su larga y violenta comida. Cada vez que la estrella da un giro, el agujero negro le da un mordisco, canibalizando aún más a la estrella con cada pasada. Eventualmente, solo queda el núcleo deforme e increíblemente denso de la estrella.
En ese momento, el agujero negro expulsa los restos. El resto de la estrella vuela con seguridad a través de la galaxia.
Estas nuevas simulaciones no solo insinúan los comportamientos desconocidos de los agujeros negros de masa intermedia, sino que también brindan a los astrónomos nuevas pistas para finalmente ayudar a identificar a estos gigantes que acechan en nuestro cielo nocturno.
«Obviamente no podemos observar los agujeros negros directamente porque no emiten luz», dijo Northwestern. Fulya Kiroglu, quien dirigió el estudio. “Entonces, en cambio, debemos observar las interacciones entre los agujeros negros y sus entornos. Descubrimos que las estrellas pasan por varios pases antes de ser expulsadas. Después de cada pasada, pierden más masa, provocando un estallido de luz a medida que se desgarran. Cada destello es más brillante que el anterior, creando una firma que podría ayudar a los astrónomos a encontrarlos.
Kıroğlu presentó esta investigación durante la parte virtual del Reunión de abril de la Sociedad Estadounidense de Física (APS). «Eventos de perturbación de marea estelar por agujeros negros de masa intermedia » tuvo lugar hoy (25 de abril), como parte de la sesión «Medium: Cosmic Rays, AGN & Galaxies». El registro de prensa gratuito está disponible para los periodistas.. El Astrophysical Journal ha aceptado el estudio para su publicación.
Kıroğlu es estudiante de posgrado en astrofísica en Northwestern’s Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y miembro de la Centro Interdisciplinario de Exploración e Investigación en Astrofísica (CIERA). Es aconsejado por el coautor del artículo. Federico RasioJoseph Cummings Profesor de Física y Astronomía en Weinberg y miembro de CIERA.
Si bien los astrofísicos han demostrado la existencia de agujeros de bloque de masa inferior y superior, los agujeros negros de masa intermedia siguen siendo esquivos. Creados durante el colapso de las supernovas, los agujeros negros remanentes estelares tienen entre 3 y 10 veces la masa de nuestro sol. En el otro extremo del espectro, los agujeros negros supermasivos, que acechan en el centro de las galaxias, tienen entre millones y miles de millones de veces la masa de nuestro sol.
Si existieran, los agujeros negros de masa intermedia estarían en algún punto intermedio: de 10 a 10 000 veces más masivos que los agujeros negros remanentes estelares, pero no tan masivos como los agujeros negros supermasivos. Aunque estos agujeros negros de masa intermedia teóricamente deberían existir, los astrofísicos aún tienen que encontrar evidencia observacional convincente.
«Su presencia todavía se debate», dijo Kıroğlu. «Los astrofísicos han encontrado evidencia de su existencia, pero esta evidencia a menudo puede explicarse por otros mecanismos. Por ejemplo, lo que parece ser un agujero negro de masa intermedia podría ser en realidad la acumulación de agujeros negros de masa estelar.
Para explorar el comportamiento de estos objetos evasivos, Kıroğlu y su equipo desarrollaron nuevas simulaciones hidrodinámicas. Primero, crearon un modelo de estrella, compuesto por muchas partículas. Luego enviaron la estrella hacia el agujero negro y calcularon la fuerza gravitatoria que actuaba sobre las partículas a medida que se acercaban a la estrella.
“Podemos calcular específicamente qué partícula está unida a la estrella y qué partícula está perturbada (o ya no está unida a la estrella)”, dijo Kıroğlu.
Usando estas simulaciones, Kıroğlu y su equipo encontraron que las estrellas podrían orbitar un agujero negro de masa intermedia hasta cinco veces antes de ser expulsadas. Con cada paso alrededor del agujero negro, la estrella pierde más y más masa a medida que se desgarra. Luego, el agujero negro envía los restos, moviéndose a la velocidad del rayo, de regreso a la galaxia. El patrón repetitivo crearía un impresionante espectáculo de luces que debería ayudar a los astrónomos a reconocer y probar la existencia de agujeros negros de masa intermedia.
«Es sorprendente que la estrella no esté completamente destrozada», dijo Kıroğlu. «Algunas estrellas pueden tener suerte y sobrevivir al evento. La velocidad de eyección es tan alta que estas estrellas podrían identificarse como estrellas de hipervelocidad, que se han observado en el centro de las galaxias».
A continuación, Kıroğlu planea simular diferentes tipos de estrellas, incluidas estrellas gigantes y estrellas binarias, para explorar sus interacciones con los agujeros negros.
El estudio, «Perturbaciones parciales de mareas estelares de secuencia principal por agujeros negros de masa intermedia», fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (número de subvención AST-2001751) y la NASA (números de subvención 80NSSC21K1722, AST-2108624 y 80NSSC22K0722).
