Descubrimiento furtivo de agujeros negros arroja luz sobre la muerte de estrellas


Siempre sucede algo nuevo y emocionante en el campo de la investigación de agujeros negros.

Albert Einstein publicó por primera vez su libro explicando la teoría de la relatividad general, que postulaba los agujeros negros, en 1922. Cien años después, los astrónomos capturaron imágenes reales del agujero negro en el centro de la Vía Láctea. En un artículo reciente, un equipo de astrónomos describe otro nuevo y emocionante descubrimiento: el primer agujero negro «inactivo» observado fuera de la galaxia.

VFTS 243 es un sistema binario de una gran estrella azul caliente y un agujero negro que se orbitan entre sí, como se ve en esta animación. Crédito: ESO/L. Calçada, CC BY

Soy un astrofísico que ha estudiado los agujeros negros, los objetos más densos del universo, durante casi dos décadas. Los agujeros negros inactivos son agujeros negros que no emiten ninguna luz detectable. Por lo tanto, son notoriamente difíciles de encontrar. Este nuevo descubrimiento es emocionante porque proporciona información sobre la formación y evolución de los agujeros negros. Esta información es vital para comprender las ondas gravitacionales, así como otros eventos astronómicos.

¿Qué es exactamente VFTS 243?

VFTS 243 es un sistema binario, lo que significa que está compuesto por dos objetos que orbitan alrededor de un centro de masa común. El primer objeto es una estrella azul muy caliente con 25 veces la masa del Sol, y el segundo un agujero negro nueve veces más masivo que el Sol. VFTS 243 se encuentra en la Nebulosa de la Tarántula dentro de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea ubicada a unos 163.000 años luz de la Tierra.

El agujero negro en VFTS 243 se considera inactivo porque no emite ninguna radiación detectable. Esto está en marcado contraste con otros sistemas binarios en los que se detectan fuertes rayos X desde el agujero negro.

El agujero negro tiene un diámetro de alrededor de 33 millas (54 kilómetros) y queda eclipsado por la estrella energética, que es unas 200.000 veces más grande. Ambos giran rápidamente alrededor de un centro de masa común. Incluso con los telescopios más potentes, visualmente el sistema parece ser un único punto azul.

Encontrar agujeros negros inactivos

Los astrónomos sospechan que hay cientos de estos sistemas binarios con agujeros negros que no emiten rayos X escondidos en la Vía Láctea y la Gran Nube de Magallanes. Los agujeros negros son más fácilmente visibles cuando están extrayendo materia de una estrella compañera, un proceso conocido como «alimentación».

La alimentación produce un disco de gas y polvo que rodea el agujero negro. Cuando el material del disco cae hacia el interior del agujero negro, la fricción calienta el disco de acreción a millones de grados. Estos discos calientes de materia emiten una enorme cantidad de rayos X. El primer agujero negro que se detecta de esta manera es el famoso sistema Cygnus X-1.

Los astrónomos han sabido durante años que VFTS 243 es un sistema binario, pero no estaba claro si el sistema es un par de estrellas o un baile entre una sola estrella y un agujero negro. Para determinar cuál era cierto, el equipo que estudiaba el binario utilizó una técnica llamada desenredado espectral. Esta técnica separa la luz de VFTS 243 en sus longitudes de onda constituyentes, lo que es similar a lo que sucede cuando la luz blanca ingresa a un prisma y se producen los diferentes colores.

Este análisis reveló que la luz de VFTS 243 provenía de una sola fuente, no de dos estrellas separadas. Sin radiación detectable emanando del compañero de la estrella, la única conclusión posible fue que el segundo cuerpo dentro del binario es un agujero negro y, por lo tanto, el primer agujero negro inactivo encontrado fuera de la galaxia de la Vía Láctea.

VFTS 243 es un sistema binario de una gran estrella azul caliente y un agujero negro que se orbitan entre sí, como se ve en esta animación. Crédito: ESO/L. Calçada, CC BY

¿Por qué es importante VFTS 243?

La mayoría de los agujeros negros con una masa de menos de 100 soles se forman a partir del colapso de una estrella masiva. Cuando esto sucede, a menudo hay una tremenda explosión conocida como supernova.

En el sistema VFTS 243, la compañera estelar y el agujero negro (que no se muestran a escala) orbitan entre sí. Observe que no hay ningún disco de acreción presente. Crédito: ESO/L. Calçada, CC BY
El hecho de que el agujero negro en el sistema VFTS 243 esté en una órbita circular con la estrella es una fuerte evidencia de que no hubo una explosión de supernova, que de otro modo podría haber expulsado al agujero negro del sistema o, como mínimo, interrumpido la órbita. En cambio, parece que la estrella progenitora colapsó directamente para formar el agujero negro sin explosión.

La estrella masiva en el sistema VFTS 243 vivirá solo otros 5 millones de años, un abrir y cerrar de ojos en escalas de tiempo astronómicas. La muerte de la estrella debería resultar en la formación de otro agujero negro, transformando el sistema VFTS 243 en un binario de agujeros negros.

Hasta la fecha, los astrónomos han detectado casi 100 eventos en los que los agujeros negros binarios se fusionan y producen ondas en el espacio-tiempo. Pero aún se desconoce cómo se forman estos sistemas binarios de agujeros negros, por lo que VFTS 243 y sistemas similares aún por descubrir son tan vitales para futuras investigaciones. Quizás la naturaleza tenga sentido del humor, ya que los agujeros negros son los objetos más oscuros que existen y no emiten luz, pero iluminan nuestra comprensión fundamental del universo.

Con información de Nature Astronomy

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