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Doble pico y destrucción: Revelación de acreción en un evento de marea

Título original: Prompt Accretion Disk Formation in an X-Ray Faint Tidal Disruption Event
Autores: Tiara Hung, Ryan Foley, Enrico Ramirez-Ruiz, Jane L. Dai, Katie Auchettl, Charles D. Kilpatrick, Brenna Mockler, Jon Brown, David A. Coulter, Georgios Dimitriadis, Tom Holoien, Jamie Law-Smith, Anthony L. Piro, Armin Rest, Cesar Rojas-Bravo, Matthew R. Siebert
Institución del primer autor: Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz
Estado de la publicación: Enviado a Astrophysical Journal. Acceso abierto en arXiv.
Astrobite original: Double-Peak and Destroy: Accretion in a Tidal Disruption Event Reveals Itself por Wynn Jacobson-Galan

Atrapa un disco de acreción

El Universo revela una amalgama de formas en que las estrellas pueden morir. Observamos estrellas implosionando, haciendo erupción y fusionándose. Sin embargo, el evento de interrupción de las mareas (TDE por sus siglas en inglés) es uno de los espectáculos más turbulentos de destrucción estelar que hemos descubierto hasta ahora. Este fenómeno transitorio comienza con una estrella que orbita cerca de un agujero negro supermasivo (SMBH, por sus siglas en inglés) en el centro de la galaxia. Sin darse cuenta de su destino inminente, la trayectoria de la estrella es empujada demasiado cerca del radio de influencia gravitacional del SMBH y las fuerzas de marea comienzan a destruir la estructura estelar. La lamentable estrella ahora es una mosca en una telaraña supermasiva: la estrella se desgarrará, el gas estelar espaguetizado llegará a formar un disco de acreción. Esto resulta en una violenta erupción de radiación cuando pedazos de estrellas caen en el agujero negro central (Figura 1).

Figura 1. Interpretación artística de un evento de interrupción de mareas (TDE). En esta imagén se observa como una estrella es aplastada por un agujero negro supermasivo (SMBH) formando un disco de acreción, el cual emite radiación en el rango óptico. El tipo de emisión de Hidrógeno de un TDE depende del ángulo de observación en el que se observe: A) de cara ó B) de lado. (Source: NASA/JPL, Edición original en este astrobite.).

Si bien aunque descubrimos cientos de TDE cada año, la naturaleza de cómo la estrella se altera y forma un disco de acreción alrededor de un SMBH sigue siendo una pregunta abierta. Sin embargo, las predicciones teóricas que abarcan las últimas dos décadas sugieren que esta caída de gas de la estrella destruida puede reconocerse de manera única en observaciones espectroscópicas. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1 (A), la firma de una pistola humeante de la acumulación de material estelar es una línea de emisión de H-alfa de doble pico que surge del Hidrógeno excitado que consume el SMBH. ¡Y en este trabajo se observó este proceso exacto!

Predicciones teóricas confirmadas

En un salto emocionante sobre TDE, los autores presentan la primera detección de un nuevo disco de acrección formado alrededor de un SMBH. La exploción descubierta es una TDE llamada Transito Astronómico 2018hyz (AT por sus siglas en inglés), el cual fue observado utilizando espectroscopia por mas de 300 dias después de haber sido detectada la exploción. En la Figura 2 se puede observar, en el día 51, el momento cuando la estrella es consumida por el SMBH. Este evento es revelado mediante los perfiles de líneas de emisión de Hidrógeno con forma de “cuernos”.

Figura 2. Observaciones espectroscópicas de TDE 2018hyz por mas de 300 dias después de haber sido detectada la explosión. En el día 51 es posible ver el famoso perfile de línea de doble pico que emerge de la línea de Hidrógeno alpha (Halpha; marcado en gris). Estos están directamente vinculados al material destruido de la estrella. Extracto de la Figura 2 del artículo original.

Esta exquisita exhibición de acreción alrededor de un SMBH permitió al autor modelar con precisión los parámetros físicos del TDE, como la velocidad, orientación, inclinación y excentricidad del gas estelar que se está acumulando. Al ejecutar una búsqueda con 10 parámetros libres, el autor ajustó el pico de la emisión de H-alfa en los espectros de AT 2018hyz con un modelo de múltiples componentes que se muestra en la Figura 3. Específicamente, su modelado reveló que TDE 2018hyz se observó en un ángulo de inclinación lo suficientemente grande como para permitir la detección de este perfil de línea de doble pico, una firma directa de un disco de acreción visible. La confirmación de que los espectros de TDE están influenciados por el ángulo en el que vemos el disco de acreción será extremadamente aplicable a futuras observaciones de TDE. Este descubrimiento ha demostrado que cualquier TDE sin características de doble pico probablemente se observó con solo el borde del disco de acreción visible.

Figura 3. En rojo se muestra un modelo multicomponente combinado del TDE. La línea discontinua verde y azul denotan el disco de acreción mientras que la línea anaranjada denota la expulsión de material despues de que la estrella fuera destruida. Extracto de la Figura 5 del artículo original.

Lo más emocionante de detectar, de manera precisa, un disco de acreción es que ahora es posible distinguir entre componentes individuales del TDE en su conjunto. Por ejemplo, un modelo de disco de acreción no puede ajustarse completamente al perfil H-alfa en la Figura 3. El autor muestra que también necesita un perfil de línea gaussiana que represente físicamente un flujo de gas turbulento después de la interrupción de la estrella. La capacidad de separar los trozos de estrella que caen en picada en un SMBH del gas que es expulsado hacia afuera es fundamental para obtener una imagen precisa de cómo ocurren estas brillantes explosiones de radiación.

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