La misión TESS de la NASA detecta su primer agujero negro desgarrando una estrella

Por primera vez, el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito de la NASA (TESS por sus siglas en inglés) observó un agujero negro rasgar una estrella en un incidente catastrófico denominado evento de disrupción de mareas, un fenómeno astronómico que se da cuando una estrella se acerca demasiado al horizonte de sucesos de un agujero negro supermasivo y es destrozada por las fuerzas de marea gravitatoria del agujero negro. Las observaciones de seguimiento del satélite Swift de la NASA y de otras instalaciones han obtenido la mirada más detallada registrada a la fecha de los primeros momentos de la destrucción de una estrella.

“Los datos de la misión TESS nos permitieron ver con exactitud cuando este evento destructivo, denominado ASASSN-19bt, comenzó a ser más brillante, algo que con anterioridad nunca fuimos capaces de realizar”, dijo Thomas Holoien, miembro del Observatorio Carnegie de Pasadena, en California. “Debido a que identificamos rápidamente la disrupción de mareas con el Censo Automatizado de Cielo Completo para Supernovas (ASAS-SN por sus siglas en inglés) con base en tierra, pudimos realizar observaciones de seguimiento en varias longitudes de onda durante los primeros días. Los datos iniciales serán increíblemente útiles para modelar la física de estas explosiones.”

Un artículo que describe los hallazgos, dirigidos por Holoien, fue publicado en el ejemplar del 26 de septiembre de 2019 de la revista científica The Astrophysical Journal, ahora disponible en línea.

El Programa ASAS-SN, que integra una red mundial de 20 telescopios robóticos con sede en la Universidad Estatal de Ohio (OSU por sus siglas en inglés), en Columbus, descubrió el suceso el 29 de enero de 2019. Holoien estaba trabajando en el Observatorio de Las Campanas en Chile cuando recibió la alerta del instrumento sudafricano del programa ASAS-SN. Rápidamente, Holoien apuntó dos telescopios de Las Campanas hacia ASASSN-19bt y solicitó observaciones de seguimiento en longitudes de onda ultravioleta y de rayos X por parte del satélite Swift, la Misión Newton de Espejos Múltiples de rayos X de la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés) y de los telescopios terrestres de 1 metro de la red global del Observatorio Las Cumbres.

La misión TESS, sin embargo, no necesitó una llamada a la acción porque ya estaba observando la misma área. El cazador de planetas monitorea grandes franjas del cielo, denominadas sectores, durante 27 días a la vez. Esta larga observación permite a TESS ver tránsitos, o atenuaciones periódicas en el brillo de una estrella que pueden indicar planetas en órbita.

El programa ASAS-SN comenzó a pasar más tiempo mirando a los sectores de TESS cuando el satélite inició sus operaciones científicas en julio de 2018. Los astrónomos anticiparon que TESS podría captar la luz más temprana de brotes estelares de corta duración, incluyendo supernovas y disrupciones de mareas. La misión TESS observó por primera vez el evento ASASSN-19bt el 21 de enero de 2019, más de una semana antes de que la explosión fuera lo suficientemente brillante como para que el programa ASAS-SN lo detectara. Sin embargo, el satélite sólo puede transmitir datos a la Tierra una vez cada dos semanas, y luego estas mediciones deben ser procesadas en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. Por ello, los primeros datos de TESS sobre la disrupción de mareas no estuvieron disponibles hasta el 13 de marzo de 2019. Es por esto que la obtención de observaciones de seguimiento tempranas de este tipo de eventos depende de la coordinación de exploraciones basadas en tierra, como por ejemplo las realizadas por el programa ASAS-SN.

Afortunadamente, la interrupción también se dió en la zona de visualización continua sur de TESS, que siempre estaba a la vista de una de las cuatro cámaras del satélite. (TESS pasó a monitorear el cielo del norte a fines de julio). La ubicación de ASASSN-19bt permitió a Holoien y sus colegas seguir el evento a través varios sectores. Si hubiera ocurrido fuera de esta zona, TESS podría haberse perdido el comienzo del estallido.

“Los datos tempranos de TESS permiten ver luz muy cerca del agujero negro, mucho más cerca de lo que habíamos podido observar antes”, dijo Patrick Vallely, coautor e Investigador de Posgrado de la Fundación Nacional de Ciencias en la OSU. “También nos muestran que el aumento del brillo de ASASSN-19bt fue muy fluido, lo que nos ayuda a decir que el evento fue una disrupción de marea y no otro tipo de estallido, como por ejemplo desde el centro de una galaxia o de una supernova.”

El equipo de Holoien utilizó datos ultravioleta del satélite Swift, los más recientes desde que se observó la disrupción marea, para determinar que la temperatura bajó un 50%, de unos 71.500 a 35.500 grados Fahrenheit (40.000 a 20.000 grados Celsius), en pocos días. Es la primera vez que se ve una disminución tan temprana de la temperatura en una disrrupción de marea, aunque algunas teorías lo habían predicho, dijo Holoien.

Más típico de este tipo de eventos fue el bajo nivel de emisión de rayos X detectados por el satélite Swift y la misión XMM-Newton. Los científicos no entienden completamente por qué las disrupciones de mareas producen tanta emisión de rayos UV y tan pocos rayos X.

“Los científicos han sugerido múltiples teorías: tal vez la luz rebota entre los desechos recientemente creados y pierde energía, o quizás el disco se forma más lejos del agujero negro de lo que se pensaba originalmente y la luz no se ve tan afectada por la gravedad extrema del objeto”, dijo S. Bradley Cenko, investigador principal de la misión Swift en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Un mayor número de observaciones tempranas de estos eventos pueden ayudarnos a responder algunas de las preguntas que persisten.”

Los astrónomos creen que el agujero negro supermasivo que generó el evento ASASSN-19bt pesa alrededor de seis millones de veces la masa del Sol. Se encuentra en el centro de una galaxia llamada 2MASX J07001137-6602251, ubicada a unos 375 millones de años luz de distancia en la constelación de Volans. La estrella destruida pudo haber sido similar en tamaño a nuestro Sol.

Las disrupciones de mareas son increíblemente raras, ocurriendo una vez cada de 10.000 a 100.000 años en una galaxia del tamaño de nuestra propia Vía Láctea. En comparación, las supernovas se dan cada 100 años más o menos. En total, los astrónomos sólo han observado unas 40 disrupciones de mareas hasta la fecha, y los científicos predijeron que TESS sólo vería una o dos en su misión inicial de dos años.

"Que la misión TESS haya observado el evento ASASSN-19bt tan temprano en su funcionamiento, y dentro de la zona de observación continua donde pudimos estudiarlo durante tanto tiempo, es algo realmente extraordinario", dijo Padi Boyd, científico del proyecto TESS en Goddard. “Futuras colaboraciones con observatorios en tierra de todo el mundo y en órbita nos permitirán aprender aún más sobre las diferentes explosiones que iluminan el cosmos.”

TESS es una misión de Exploración Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y dirigida por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Otros socios incluyen: la compañía aeroespacial Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California; el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts; el Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.

El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA gestiona la misión Swift en colaboración con: Penn State en University Park, el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México y la compañía aeroespacial Northrop Grumman Innovation Systems en Dulles, Virginia. Otros asociados son: la Universidad de Leicester y el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard del University College de Londres en el Reino Unido, el Observatorio Astronómico de Brera en Lombardía y la Agencia Espacial Italiana (ASI por sus siglas en italiano).

Escrito por Jeanette Kazmierczak, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

Versión en inglés.