Las nuevas observaciones de agujero negro devorando una estrella revelan la formación de disco rápido

Las nuevas observaciones TDE dirigidos por astrónomos de la Universidad de California en Santa Cruz ahora proporcionan evidencia clara de que los residuos de las estrella se forma un disco giratorio, llamado un disco de acreción, alrededor del agujero negro. Los teóricos han estado debatiendo si un disco de acreción puede formar de manera eficiente durante un evento de interrupción de marea, y los nuevos hallazgos, aceptado para su publicación en la revista Astrophysical Journal y está disponible en línea, deben ayudar a esa pregunta determinación, dijo el primer autor Tiara Hung, un investigador post-doctoral en la Universidad de California Santa Cruz.

"En la teoría clásica, la bengala TDE es alimentado por un disco de acreción, produciendo los rayos X de la región interior donde espirales de gas caliente en el agujero negro", dijo Hung. "Sin embargo, para la mayoría de TDE, que no vemos los rayos X, que en su mayoría brillan en el ultravioleta y longitudes de onda ópticas, por lo que se sugirió que, en lugar de un disco, estamos viendo las emisiones de la colisión de flujos de escombros estelares."

Coautores Enrico Ramírez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica en la UCSC, y Jane Dai de la Universidad de Hong Kong desarrollaron un modelo teórico, publicado en 2018, que se puede explicar por qué los rayos X son por lo general no se observan en TDE a pesar de la formación de una disco de acreción. Las nuevas observaciones proporcionan un fuerte apoyo para este modelo.

"Esta es la primera confirmación sólida de que los discos de acreción se forman en estos eventos, incluso cuando no vemos los rayos X", dijo Ramírez-Ruiz. "La región cerca del agujero negro está oscurecida por un viento ópticamente gruesa, por lo que no vemos las emisiones de rayos X, pero sí vemos la luz óptica desde un disco elíptico prolongado".

La evidencia reveladora de un disco de acreción proviene de las observaciones espectroscópicas. Coautor Ryan Foley, profesor asistente de astronomía y astrofísica en la UCSC, y su equipo comenzaron a monitorear la TDE (llamado AT 2018hyz) después de que se detectó por primera vez en noviembre de 2018 la Encuesta Automatizado Todo Cielo para SuperNovae (ASAS-SN). Foley notó un espectro inusual mientras se observa la TDE con el Telescopio Shane 3 metros en el Observatorio Lick de la Universidad de California en la noche del 1 de enero de año 2019.

"Mi boca se abrió, y de inmediato sabía que esto iba a ser interesante", dijo. "Lo que sobresalió fue la línea de hidrógeno, la emisión de gas de hidrógeno, que tenía un perfil de doble pico que era diferente a cualquier otro TDE que habíamos visto."

Foley explicó que el pico doble en los resultados del espectro de efecto Doppler, que desplaza la frecuencia de la luz emitida por un objeto en movimiento. En un disco de acreción en espiral alrededor de un agujero negro y se ve en un ángulo, una parte del material se acerca al observador, por lo que los emite luz se desplazarán a una frecuencia más alta, y algunos de los materiales se están alejando de la observador, su luz se desplazó a una frecuencia más baja.

"Es el mismo efecto que hace que el sonido de un coche en una pista de carreras a cambio de un tono alto que el coche viene hacia usted para un tono más bajo cuando pasa y empieza a moverse lejos de ti", dijo Foley. "Si usted está sentado en las gradas, los coches en una vuelta están moviendo hacia usted y los coches en el otro a su vez se están alejando de usted. En un disco de acreción, se mueve el gas alrededor del agujero negro de una manera similar , y que "de lo que da a los dos picos en el espectro.

El equipo siguió para recopilar datos en los próximos meses, la observación de la TDE con varios telescopios, ya que evolucionó con el tiempo. Hung condujo un análisis detallado de los datos, lo que indica que la formación del disco se llevó a cabo con relativa rapidez, en cuestión de semanas después de la interrupción de la estrella. Los resultados sugieren que la formación de disco puede ser común entre TDEs detectado ópticamente a pesar de la rareza de emisión de doble pico, que depende de factores tales como la inclinación del disco con respecto a los observadores.

"Creo que tuvimos suerte con éste", dijo Ramírez-Ruiz. "Nuestras simulaciones muestran que lo que observamos es muy sensible a la inclinación. Hay una orientación preferida para ver estas características de doble punta, y una orientación diferente para ver emisiones de rayos X".

Se observó que el análisis de Hung de observaciones de seguimiento múltiples longitudes de onda, incluyendo datos fotométricos y espectroscópicos, proporciona una visión sin precedentes en estos eventos inusuales. "Cuando tenemos espectros, podemos aprender mucho sobre la cinemática del gas y obtener una comprensión mucho más clara del proceso de acreción y lo que es capaz de alimentar las emisiones", dijo Ramírez-Ruiz.