Se captura el nacimiento de un agujero negro o estrella de neutrones por primera vez

AT2018cow. Créditos: Sloan Digital Sky Survey

Un equipo internacional liderado por la Universidad Northwestern se está acercando a comprender el objeto misteriosamente brillante que estalló en el cielo del norte este verano. 

El 17 de junio, los telescopios gemelos de la investigación ATLAS en Hawái encontraron una anomalía espectacularmente brillante a 200 millones de años luz en la constelación de Hércules. Apodado AT2018cow o "The Cow", el objeto se inflamó rápidamente y luego desapareció casi con la misma rapidez. 

Después de combinar varias fuentes de imágenes, incluidos rayos X duros y ondas de radio, el equipo multiinstitucional ahora especula que los telescopios capturaron el momento exacto en que una estrella colapsó para formar un objeto compacto, como un agujero negro o una estrella de neutrones. Los desechos estelares, que se acercaban y se arremolinaban alrededor del horizonte de eventos del objeto, causaron un brillo extraordinariamente brillante. 

Una mirada a The Cow (aproximadamente 80 días después de la explosión) del W.M. Observatorio Keck en Maunakea, Hawai. La vaca está ubicada en la galaxia CGCG 137-068, a 200 millones de años luz de la Tierra. Crédito: Raffaella Margutti / Northwestern University

Este evento raro ayudará a los astrónomos a comprender mejor la física en juego en los primeros momentos de la creación de un agujero negro o una estrella de neutrones. "Creemos que 'La vaca' es la formación de un agujero negro o estrella de neutrones acrecentadora", dijo Raffaella Margutti, de Northwestern, quien dirigió la investigación. "Sabemos por la teoría que los agujeros negros y las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella muere, pero nunca los hemos visto justo después de nacer. Nunca". 

Margutti presentó sus hallazgos en la 233 reunión de la American Astronomical Society el 10 de enero en Seattle. La investigación será publicada en el Astrophysical Journal. 

Margutti es profesora asistente de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA (Centro para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica), un centro de investigación en Northwestern centrado en el avance de los estudios de astrofísica con énfasis en las conexiones interdisciplinarias. 

AT2018cow entró en erupción en o cerca de una galaxia conocida como CGCG 137-068, que se encuentra a unos 200 millones de años luz de distancia en la constelación de Hércules. Esta imagen ampliada muestra la ubicación de la "Vaca" en la galaxia. Créditos: Sloan Digital Sky Survey

La curiosa “vaca” 

Después de que se descubrió por primera vez, The Cow captó el interés internacional inmediato y dejó a los astrónomos rascándose la cabeza. "Pensamos que debía ser una supernova", dijo Margutti. "Pero lo que observamos desafió nuestras nociones actuales de muerte estelar". 

Por un lado, la anomalía era extraordinariamente brillante, de 10 a 100 veces más brillante que una supernova típica. También se encendió y desapareció mucho más rápido que otras explosiones estelares conocidas, con partículas que vuelan a 30.000 kilómetros por segundo (o el 10 por ciento de la velocidad de la luz). En solo 16 días, el objeto ya había emitido la mayor parte de su poder. En un universo donde algunos fenómenos duran millones y billones de años, dos semanas equivalen a un abrir y cerrar de ojos. 

"Supimos de inmediato que esta fuente pasó de inactiva a máxima luminosidad en unos pocos días", dijo Margutti. "Eso fue suficiente para que todos estuvieran entusiasmados porque era muy inusual y, según los estándares astronómicos, estaba muy cerca". 

Al utilizar el acceso de Northwestern a las instalaciones de observación en el Observatorio WM Keck en Hawai y el Observatorio MMT en Arizona, así como el acceso remoto al telescopio SoAR en Chile, Margutti echó un vistazo más de cerca a la composición del objeto. Margutti y su equipo examinaron la composición química de The Cow, encontrando evidencias claras de hidrógeno y helio, que excluían los modelos de fusión de objetos compactos, como los que producen ondas gravitacionales. 

AT2018cow entró en erupción en o cerca de una galaxia conocida como CGCG 137-068, que se encuentra a unos 200 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Hércules. La cruz amarilla muestra la ubicación de este desconcertante arrebato. Créditos: Sloan Digital Sky Survey

Estrategia integral 

Los astrónomos han estudiado tradicionalmente muertes estelares en la longitud de onda óptica, que utiliza telescopios para capturar la luz visible. El equipo de Margutti, por otro lado, utiliza un enfoque más integral. Su equipo vio el objeto con rayos X, rayos X duros (que son 10 veces más potentes que los rayos X normales), ondas de radio y rayos gamma. Esto les permitió continuar estudiando la anomalía mucho después de que su brillo visible inicial se desvaneciera. 

Después de que ATLAS descubrió el objeto, el equipo de Margutti obtuvo rápidamente observaciones de seguimiento de la Vaca con el Conjunto de Telescopios Espectroscópicos Nucleares de la NASA (NuSTAR) y los laboratorios de rayos X INTEGRALES, rayos X suaves en XMM-Newton y antenas de radio en el Conjunto Muy Grande hacia la vaca. 

Margutti atribuye la relativa desnudez de la Vaca a desentrañar potencialmente este misterio intergaláctico. Aunque las estrellas podrían colapsar en agujeros negros todo el tiempo, la gran cantidad de material alrededor de los agujeros negros recién nacidos bloquea la visión de los astrónomos. Afortunadamente, alrededor de 10 veces menos expulsiones se arremolinaron alrededor de The Cow en comparación con una típica explosión estelar. La falta de material permitió a los astrónomos mirar de frente al "motor central" del objeto, que se reveló como un probable agujero negro o estrella de neutrones. 

"Una 'bombilla' estaba en lo más profundo de la explosión", dijo Margutti. "Hubiera sido difícil ver esto en una explosión estelar normal. Pero la vaca tenía muy poca masa de eyección, lo que nos permitió ver directamente la radiación del motor central". 

Los astrónomos que utilizan observatorios terrestres captaron la progresión de un evento cósmico apodado "la Vaca", como se ve en estas tres imágenes. Izquierda: el Sloan Digital Sky Survey en Nuevo México observó la galaxia hostil Z 137-068 en 2003, con la Vaca a la vista. (El círculo verde indica la ubicación donde finalmente apareció la Vaca). Centro: el Telescopio de Liverpool en las Islas Canarias de España vio a la Vaca muy cerca del brillo máximo del evento el 20 de junio de 2018, cuando era mucho más brillante que la galaxia anfitriona. A la derecha: el Telescopio William Herschel, también en las Islas Canarias, tomó una imagen de alta resolución de la Vaca casi un mes después de que alcanzó su brillo máximo, cuando se desvaneció y la galaxia anfitriona volvió a la vista. Créditos: Daniel Perley, Liverpool John Moores University

Vecino galáctico 

El equipo de Margutti también se benefició de la relativa cercanía de la estrella a la Tierra. A pesar de que estaba ubicado en la galaxia enana distante llamada CGCG 137-068, los astrónomos consideran que está "a la vuelta de la esquina". 

"Doscientos millones de años luz están cerca para nosotros, por cierto", dijo Margutti. "Este es el objeto transitorio más cercano de este tipo que hemos encontrado". 

El equipo de Margutti en Northwestern incluye a la estudiante graduada Aprajita Hajela, los becarios postdoctorales Giacomo Terreran, Deanne Coppejans y Kate Alexander (que es un miembro del Hubble), y el estudiante universitario de primer año Daniel Brethauer. 

"Tener la oportunidad de contribuir a algo tan vanguardista e internacional como entender a AT2018cow como estudiante universitario es una experiencia surrealista", dijo Brethauer. "Ayudar a los expertos del mundo a descifrar lo que es AT2018cow incluso de la manera más pequeña fue más allá de mis expectativas más salvajes al comienzo del verano y algo que recordaré por el resto de mi vida". 

Fuente: Northwestern University, NASA,