Algunas estrellas sobreviven al ser atraídas hacia agujeros negros supermasivos, pero sus repetidos destellos de luz se van debilitando. Una nueva investigación sugiere que el giro de la estrella podría explicar por qué.
Simulación hidrodinámica de una estrella que es desgarrada por las fuerzas de marea de un agujero negro supermasivo. Crédito: NASA/ S. Gezari (JHU)/ J. Guillochon (UCSC).
Un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal y dirigido por un equipo de la Universidad de Syracuse ha intentado resolver el misterio de por qué las erupciones sucesivas se vuelven progresivamente más tenues, dándose cuenta de que podría deberse a un factor previamente pasado por alto: la rotación de la estrella.
En el centro de la mayoría de las galaxias se encuentra un agujero negro supermasivo, con una masa de millones a miles de millones de veces mayor que la de nuestro Sol y una de las gravedades más extremas que se conocen.
Algunas estrellas que se acercan a los agujeros negros pueden sobrevivir y realizar pasadas repetidas, produciendo un nuevo destello de luz en cada ocasión. Estos eventos de disrupción de marea parcial repetitivos (rpTDE, por sus siglas en inglés) permiten a los científicos observar la misma interacción estrella-agujero negro una y otra vez mediante estudios de dominio temporal de campo amplio.
En un evento típico de disrupción de marea (TDE, por sus siglas en inglés), la fuerza de marea de un agujero negro —la diferencia en la atracción gravitatoria a través de una estrella cercana— desgarra la estrella. A medida que los restos estelares caen hacia el agujero negro, pierden energía, que se emite en forma de luz durante días o meses.
Los agujeros negros no emiten luz, pero los TDE proporcionan una pequeña cantidad de combustible que ilumina el área circundante, lo que permite a los científicos estudiarlos indirectamente.
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Si una estrella en órbita no se acerca lo suficiente a un agujero negro como para ser desgarrada por completo, puede perder una fracción de su masa, creando un evento de disrupción de marea parcial (TDE parcial). En un TDE parcial recurrente, el núcleo superviviente continuará orbitando el agujero negro, perdiendo material con cada pasada, lo que ocurre cada pocos meses o años.
Pero, ¿cuánto material pierden?
La cantidad de material que pierde una estrella depende de su estructura interna. Bandopadhyay compara una estrella de baja masa con un merengue esponjoso, que se vuelve vulnerable a las fuerzas de marea de un agujero negro. Sin embargo, una estrella de alta masa estará más concentrada en su centro y desprenderá sus capas exteriores, mientras que el núcleo denso permanecerá relativamente intacto.
Las diferencias ayudan a explicar por qué los sistemas rpTDE no se comportan todos de la misma manera. Sin embargo, un patrón ha desconcertado a los científicos: 4 de cada 10 sistemas repetitivos producen llamaradas que se atenúan progresivamente.
Simulaciones hidrodinámicas previas demostraron que, incluso a medida que la pérdida de material disminuía después de cada encuentro, los destellos previstos mantenían aproximadamente el mismo brillo, lo que ponía en entredicho la idea de que la disminución de la pérdida de masa explicara el fenómeno.
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“Esto nos desconcertó durante dos años”, dijo Bandopadhyay.
Su trabajo anterior reveló otro efecto de las fuerzas de marea de los agujeros negros: ejercen un par de torsión que hace que la estrella gire más rápido con cada encuentro. Esto provoca que caiga menos material de vuelta al agujero negro, pero que regrese en un período más corto, lo que ayuda a mantener el brillo del destello prácticamente constante.
Para reproducir el oscurecimiento, los investigadores necesitaban una estrella que ya estuviera girando antes de su primer encuentro con un agujero negro. El estudio reveló que este giro inicial impide que la estrella aumente su velocidad de rotación durante cada paso; sin este aumento adicional, el tiempo durante el cual el material desprendido vuelve a su estado original permanece relativamente constante. A medida que la estrella pierde menos material con cada encuentro, la tasa máxima de retorno de material puede finalmente disminuir.
Pero, ¿por qué una estrella ya estaría girando tan rápido?
“También es extremadamente difícil ‘vincular’ una estrella a un agujero negro supermasivo con tanta fuerza que orbite alrededor del agujero negro en cuestión de meses, y sin embargo, parece que lo hacen en las rpTDE”, dijo Coughlin.
El mecanismo de Hills podría explicar ambos casos. En este escenario, un par de estrellas en órbita pasan cerca de un agujero negro supermasivo, desgarrando el sistema binario y expulsando una estrella mientras captura la otra.
En un sistema binario cercano, las estrellas se acoplan por fuerzas de marea, lo que significa que cada una gira sobre su eje a la misma velocidad a la que orbitan entre sí. Cuanto más compacto sea el sistema binario, menor será el período orbital y más rápido girará la estrella. Los sistemas binarios de estrellas en órbitas cortas observados en las rpTDE tendrían que ser extremadamente compactos.
Foto de un cielo nocturno en el que se ven las estrellas. Crédito: Pixabay.
“Ananya’s work demonstrates that each of these peculiarities can be explained by the same underlying phenomenon: the tidal destruction of a binary system and the capture of one of the stars,” Coughlin said. “From a theoretical standpoint, this is a major step forward in our understanding of the physics at play in these systems.”
Coughlin also notes that Hill’s capture may have also made some of the stars that orbit Sagittarius A*, the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. The findings from the new study therefore help to explain the properties of stars within our own “cosmological backyard.”
«El trabajo de Ananya demuestra que cada una de estas peculiaridades puede explicarse por el mismo fenómeno subyacente: la destrucción por fuerzas de marea de un sistema binario y la captura de una de las estrellas», afirmó Coughlin. «Desde un punto de vista teórico, esto representa un gran avance en nuestra comprensión de la física que rige estos sistemas».
Coughlin también señala que la captura de Hill podría haber dado origen a algunas de las estrellas que orbitan Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Por lo tanto, los hallazgos de este nuevo estudio ayudan a explicar las propiedades de las estrellas dentro de nuestro propio «patio trasero cosmológico».
Referencia de la noticia
Bandopadhyay, A., Amend, B., Coughlin, E. R., Nixon, C. J., Pasham, D. R., & Wevers, T.. (2026). The role of stellar spin in repeating partial tidal disruption events..
