Un destello de intensidad extraordinaria iluminó repentinamente el cosmos en 2018, captando la atención de los astrónomos por su brillo nunca antes observado. Esta manifestación energética, proveniente de una región muy distante, inmediatamente suscitó preguntas sobre su origen y naturaleza.
El evento proviene de un agujero negro supermasivo situado a aproximadamente 10 mil millones de años luz, designado con el nombre de J2245+3743. En 2018, su luminosidad aumentó de manera espectacular, alcanzando el equivalente a 10.000 billones de soles, lo que lo convierte en el destello más potente jamás registrado para un objeto de este tipo. Las observaciones iniciales fueron realizadas por el Zwicky Transient Facility (ZTF) y el Catalina Real-Time Transient Survey, dos programas de vigilancia del cielo con base en el observatorio Palomar de Caltech.
Crédito: Caltech/R. Hurt (IPAC) Los investigadores identificaron este fenómeno como un evento de disrupción de marea, donde la gravedad intensa del agujero negro desgarra una estrella que se acerca demasiado. En este caso, la estrella en cuestión tenía una masa al menos treinta veces superior a la del Sol, lo que convierte a este episodio en el más masivo jamás observado de este tipo. Este proceso libera una cantidad considerable de energía en forma de luz y radiación, explicando el destello excepcional detectado.
La observación de este evento se hace particular por la dilatación del tiempo cosmológico debida a la expansión del Universo. La luz emitida tarda miles de millones de años en llegarnos, y el desarrollo parece ralentizado desde la Tierra. Matthew Graham, investigador principal, precisa que siete años terrestres corresponden a solo dos años a nivel del agujero negro, permitiendo a los científicos estudiar el fenómeno en cámara lenta natural.
La rareza de tales eventos en un núcleo galáctico activo refuerza el interés de este descubrimiento. Los núcleos galácticos activos son regiones donde un agujero negro supermasivo acumula activamente materia, enmascarando a menudo las señales de disrupción de estrellas. Aquí, la magnitud del destello permitió distinguirlo claramente, ofreciendo una oportunidad preciosa para estudiar las interacciones entre estrellas masivas y agujeros negros en entornos extremos.
Esta observación abre perspectivas para la comprensión de la evolución estelar y los fenómenos energéticos en el Universo joven. Los programas como ZTF continúan vigilando el cielo, y el futuro observatorio Vera C. Rubin podría revelar otros eventos comparables.
El ZTF está instalado en el telescopio Samuel Oschin de 48 pulgadas en el observatorio Palomar.
Crédito: Palomar/Caltech Las implicaciones de este descubrimiento se extienden más allá de la astronomía observacional, tocando la física fundamental. La energía liberada, equivalente a la conversión de una proporción significativa de la masa estelar en energía, muestra la extrema violencia de estos procesos. Tales estudios ayudan a perfeccionar los modelos sobre la formación y destrucción de estrellas en galaxias lejanas.
Evento de Disrupción de Marea
Un evento de disrupción de marea ocurre cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo. La fuerza gravitacional intensa del agujero negro ejerce una tracción diferencial sobre la estrella, desgarrándola en pedazos. Este fenómeno libera una cantidad importante de energía en forma de radiación, a menudo visible como un destello luminoso. Los astrónomos estudian estos eventos para comprender cómo los agujeros negros influyen en su entorno y acumulan materia.
El proceso comienza con la captura de la estrella por el campo gravitacional del agujero negro. Cuando la estrella cruza el límite de Roche, las fuerzas de marea superan su propia gravedad, provocando su estiramiento y fragmentación. Los desechos estelares forman entonces un disco de acreción alrededor del agujero negro, calentado a temperaturas extremas y emitiendo luz. Esta fase puede durar meses o años, dependiendo de la masa de la estrella y del agujero negro.
Los eventos de disrupción de marea son raros pero importantes para probar las teorías de la relatividad general y la astrofísica de altas energías. Proporcionan pistas sobre la distribución de los agujeros negros supermasivos y el ciclo de vida de las estrellas en diversas galaxias. Además, ayudan a calibrar los instrumentos de observación y a preparar las futuras misiones espaciales.
El estudio de estos fenómenos revela también cómo se comporta la materia en condiciones extremas, comparables a las de los primeros instantes del Universo. Al observar la luz y los espectros emitidos, los científicos pueden deducir la composición de las estrellas y las propiedades de los agujeros negros, enriqueciendo nuestra comprensión global del cosmos.
Dilatación del Tiempo Cosmológico
La dilatación del tiempo cosmológico es una predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein. Se deriva de la expansión del Universo mismo: cuanto más lejano está un objeto astronómico de nosotros (y por lo tanto más lo observamos en un pasado lejano), más el tiempo parece estar estirado, ralentizado desde nuestro punto de observación actual.
Este fenómeno ha sido confirmado de manera empírica gracias a la observación de eventos cósmicos estandarizados, como las supernovas de tipo Ia. Los astrónomos han constatado que la duración de su curva de luz (la evolución de su luminosidad) está estirada por un factor (1+z), donde z es el desplazamiento al rojo (redshift) del objeto. Esto significa que una supernova que explota a un redshift z=1 tardará el doble de tiempo en alcanzar su pico de luminosidad y en desvanecerse, que las supernovas similares observadas en las proximidades.
Más recientemente, en julio de 2023, un estudio sobre la actividad variable de 190 cuásares permitió observar este efecto en el Universo primitivo. Los investigadores descubrieron que, cuando el Universo tenía apenas alrededor de mil millones de años, el tiempo parecía transcurrir cinco veces más lento que hoy. Como explicó el astrofísico Geraint Lewis, "observamos que las cosas evolucionan aproximadamente cinco veces más lento que hoy. Es como ver una película a cámara lenta".
Es importante notar que esta dilatación no es una ilusión debida al tiempo que tarda la luz en llegarnos. Es una propiedad fundamental del espacio-tiempo en expansión. Para un hipotético observador presente en ese Universo joven, un segundo duraba exactamente un segundo. Es desde nuestro referencial, varios miles de millones de años en el futuro, que este transcurrir del tiempo primordial nos aparece ralentizado. Esta observación refuerza la validez de la relatividad general y nuestra comprensión de un Universo en expansión.
Fuente: Nature Astronomy