Una enigmática escena de crimen cósmico

Un vívido destello encendió la galaxia espiral NGC 7392 (oculta por el polvo), cuando una estrella con muy mala suerte se acercó demasiado al agujero negro supermasivo situado en su centro. En un frenesí alimenticio, la inmensa gravedad del agujero negro no sólo “espaguetizó” su luz (la estrella es literalmente estirada como un espagueti gigante hasta que explota por ambos extremos), sino que también despojó a la estrella de su gas y restos estelares, que luego fueron creciendo para formar un disco ardiente. Durante un breve instante, el disco en crecimiento emitió una potente llamarada en su vecindad cósmica, que incluyó a la Tierra a sólo 100 millones de años luz de distancia. A pesar de ser uno de los eventos de disrupción de marea más brillantes y cercanos detectados en la última década, esta grandiosa “escena de crimen cósmico” pasó desapercibida durante varios años. ¿Cómo pudo pasarse por alto un fenómeno tan brillante?

¿Sabías que… junto con el Espectrógrafo Goodman, la Cámara SPARTAN en SOAR también contribuyó a este estudio con una imagen multicolor en el infrarrojo medio de NGC 7392?

Una Disrupción Interestelar

En el centro de casi todas las grandes galaxias existe un agujero negro supermasivo que ejerce su influencia gravitatoria sobre los objetos celestes circundantes. Cuando una estrella se acerca demasiado, las fuerzas de marea del agujero negro superan a la propia gravedad de la estrella, desgarrándola en lo que se conoce como evento de disrupción de marea (TDE, por sus siglas en inglés). A medida que el material de la estrella cae en el agujero negro, parte del gas se acumula temporalmente alrededor del horizonte de sucesos (o de eventos) del agujero negro, formando un anillo de gas sobrecalentado llamado disco de acreción. Las velocidades extremas alcanzadas por este disco calientan cada vez más los restos estelares, produciendo radiación electromagnética en todo el espectro.

Composición en color de una galaxia elíptica a unos 13 millones de años luz de la Tierra con lóbulos y jets que emanan del agujero negro central de la galaxia.

Credit: ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray)

Esta emisión transitoria es el destello que detectamos en la Tierra, un indicio de que ocurrió un TDE. La mayoría de los TDE identificados hasta ahora tenían luminosidades que alcanzaban su punto máximo desde los rangos visibles hasta los de rayos X del espectro electromagnético, y se encontraban comúnmente en una categoría de galaxias llamada del valle verde. Las galaxias del valle verde se encuentran entre las galaxias azules activas con brote estelar y las galaxias rojas pasivas y con escasa actividad, es decir, forman estrellas a un ritmo lento y constante, como nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Contrastados con un fondo que muestra poca actividad, los TDE y sus cegadores chorros de emisión son sin duda alguna bastante llamativos, pero este no fue el caso del curioso TDE de NGC 7392, cuya designación científica es WTP 14adbjsh. Contrario a la noción de que los TDE se originan en galaxias relativamente inactivas, NGC 7392 en realidad está repleta de incubadoras estelares activas y nubes dinámicas de polvo cósmico. Sin embargo, las gruesas envolturas de gas –que provocan interferencia– “ocultaban” los chorros ópticos y de rayos X de WTP 14adbjsh, haciéndolos invisibles para las observaciones de los astrónomos durante siete años.

Sumergiéndonos en los Archivos de Datos

El estudio de los TDE ha tenido una rápida evolución en la última década, especialmente con la llegada de la astronomía infrarroja. La capacidad de la luz infrarroja para penetrar en el medio interestelar ha demostrado ser indispensable a la hora de observar fenómenos astronómicos en entornos polvorientos, por lo que es un momento emocionante para que los científicos comiencen a buscar TDEs en el espectro infrarrojo.

Decididos a aventurarse en este intrigante terreno, Christos Panagiotou –becario postdoctoral del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT– y sus colegas, decidieron investigar los archivos de datos tomados con el Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) de la NASA, que explora todo el cielo. “Esperábamos comprender mejor el aspecto de los TDE en este –bastante ignorado– rango de longitudes de onda, y utilizar esta información para mejorar nuestro conocimiento de los TDE en general”, explica. Por su parte, Kishalay De, becario Einstein del MIT, se encargó del reprocesamiento de las imágenes infrarrojas de todo el cielo.

“La capacidad de la luz infrarroja para penetrar en el medio interestelar ha demostrado ser indispensable a la hora de observar fenómenos astronómicos en entornos polvorientos, por lo que es un momento emocionante para que los científicos comiencen a buscar TDEs en el espectro infrarrojo”.

Lo que descubrieron en el verano de 2022 fue la emisión transitoria de WTP 14adbjsh, cuya luminosidad alcanzó su máximo en 2015 desde el interior de NGC 7392 y decayó como un típico TDE. La detección se realizó en el espectro infrarrojo medio, sin rastro alguno de los chorros en el espectro visible o de rayos X.

“Lo que hace que esto sea tan inusual es que el descubrimiento se hizo utilizando datos infrarrojos”, menciona el astrónomo de NOIRLab Aaron Meisner, “mientras que la mayoría de los eventos de disrupción de marea se detectan en luz visible, o incluso en rayos X o luz ultravioleta”.

Meisner, coautor del estudio, es investigador principal del proyecto unWISE de NOIRLab, cuyo objetivo es crear mapas y catálogos personalizados del cielo con NEOWISE que se encuentran en el Centro de Datos para la Comunidad Científica de NOIRLab. Una de estas imágenes reveló el brillante chorro de emisión de WTP 14adbjsh oculto a plena vista dentro de nuestro vecindario cósmico.

Impresión artística de un núcleo activo de una galaxia visto en longitudes de onda infrarrojas.

Credit: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Aún más inesperado es lo que revelaron los espectros obtenidos con el Telescopio de Investigación Astrofísica del Sur (SOAR por sus siglas en inglés) de NOIRLab, en Cerro Pachón (Chile). Utilizando el Espectrógrafo de Alto Rendimiento Goodman, SOAR estableció que NGC 7392 no era una galaxia del valle verde, sino una galaxia activa con brote estelar. De repente, la razón por la que se había pasado por alto el WTP 14adbjsh se hizo más evidente: A pesar de su inconfundible chorro luminoso, el clima dinámico de NGC 7392 ocultaba cualquier evidencia radiante, todo menos su luz infrarroja.

Disrupción del Espacio y del Tiempo

Al reunir todas las pistas, el estudio demuestra que nuestra comprensión actual de los TDE es incompleta. La espectroscopía de SOAR fue esencial a la hora de determinar que los TDE no se producen necesariamente en galaxias más pasivas y cuestiona nuestras nociones actuales de estos espectaculares fenómenos y de dónde ocurren.

“Esta fue la emisión transitoria extragaláctica más brillante de toda la base de datos de unWISE –10 años de todo el cielo– y, sin embargo, nadie la notó durante siete años”, comenta Meisner. “El hecho de que se tratara de una explosión extremadamente brillante en el infrarrojo, pero que no se vió en absoluto en luz visible, y que fue uno de los eventos de disrupción de marea más cercanos que se ha detectado en más de una década, sugiere que existe una población desconocida de eventos de disrupción de marea que nunca habíamos visto antes”.

“A pesar de su inconfundible chorro luminoso, el clima dinámico de NGC 7392 ‘ocultaba’ cualquier evidencia radiante, todo menos su luz infrarroja”.

En general, la investigación de los TDE ayuda a aclarar muchos fenómenos astrofísicos, desde las propiedades de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias hasta la física de los discos de acreción. La utilización de la astronomía infrarroja en la búsqueda de TDEs ayudará a los científicos a comprender mejor su física, y posiblemente revele otros eventos de alta energía ocultos en el gas y el polvo de galaxias más grandes.

Panagiotou agrega: “Es emocionante deducir que, con el estudio de los TDE detectados en todo el espectro electromagnético, podremos comprender mejor estos fascinantes fenómenos transitorios en un futuro próximo”.

La Vía Láctea se arquea sobre el Telescopio SOAR en Cerro Pachón, Chile.

Credit: CTIO/NOIRLab/SOAR/NSF/AURA/C. Corco

Además, WTP 14adbjsh fue un destello nuclear que no duró mucho según los estándares astronómicos, probablemente sólo unos pocos años. La observación de SOAR fue posible gracias a la iniciativa de la Red de Observatorios de Eventos Astronómicos (AEON por sus siglas en inglés) de NOIRLab, cuyo objetivo es promover la astronomía en el dominio del tiempo, que estudia cómo cambian los objetos celestes a lo largo del tiempo. Aunque muchos fenómenos del Universo ocurren en escalas de tiempo de proporciones cósmicas, existen otros, como los TDE y las supernovas, que podrían desaparecer mucho antes de que tengamos la oportunidad de observarlos. El TDE de NGC 7392 pasó desapercibido no sólo por su confusa visibilidad, sino también gracias a su naturaleza fugaz.

“Esta fue la emisión transitoria extragaláctica más brillante de toda la base de datos de unWISE –10 años de todo el cielo– y, sin embargo, nadie la notó durante siete años”.

La astronomía en el dominio del tiempo sigue ganando relevancia, especialmente a medida que nos adentramos en la era de la Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la posteridad (LSST por sus siglas en inglés), que llevará a cabo el Observatorio Vera C. Rubin. A medida que Rubin vaya descubriendo más fenómenos transitorios, SOAR y AEON desempeñarán un papel fundamental en las observaciones de seguimiento para mejorar nuestra comprensión del cielo nocturno y garantizar que sean menos los fenómenos cósmicos fugaces que pasen desapercibidos.