Los agujeros negros son los objetos m\u00e1s extremos del universo. Es probable que las versiones supermasivas de estos objetos inimaginablemente densos residan en los centros de todas las galaxias grandes. Los agujeros negros de masa estelar, que pesan aproximadamente de cinco a 100 veces la masa del Sol, son mucho m\u00e1s comunes, con un estimado de 100 millones solo en la V\u00eda L\u00e1ctea. Sin embargo, hasta la fecha solo se han confirmado unos pocos, y casi todos est\u00e1n “activos”, lo que significa que brillan intensamente en rayos X a medida que consumen material de un compa\u00f1ero estelar cercano, a diferencia de los agujeros negros inactivos que no lo hacen.<\/p>\n\n\n\n
Los astr\u00f3nomos que utilizan el telescopio Gemini North en Hawaii, uno de los telescopios gemelos del Observatorio Internacional Gemini, operado por NOIRLab de NSF, han descubierto el agujero negro m\u00e1s cercano a la Tierra, que los investigadores han denominado Gaia BH1. Este agujero negro inactivo pesa unas 10 veces la masa del sol y se encuentra a unos 1.600 a\u00f1os luz de distancia en la constelaci\u00f3n de Ofiuco, lo que lo hace tres veces m\u00e1s cerca de la Tierra que el poseedor del r\u00e9cord anterior, un binario de rayos X en la constelaci\u00f3n de Monoceros. El nuevo descubrimiento fue posible gracias a las exquisitas observaciones del movimiento del compa\u00f1ero del agujero negro, una estrella similar al sol que orbita el agujero negro aproximadamente a la misma distancia que la Tierra orbita alrededor del sol.<\/p>\n\n\n\n
“Toma el sistema solar, pon un agujero negro donde est\u00e1 el sol y el sol donde est\u00e1 la Tierra, y obtienes este sistema”, explic\u00f3 Kareem El-Badry, astrof\u00edsico del Centro de Astrof\u00edsica | Harvard & Smithsonian y el Instituto Max Planck de Astronom\u00eda, y autor principal del art\u00edculo que describe este descubrimiento.<\/p>\n\n\n\n
“Si bien ha habido muchas detecciones de sistemas como este, casi todos estos descubrimientos han sido refutados posteriormente. Esta es la primera detecci\u00f3n inequ\u00edvoca de una estrella similar al Sol en una \u00f3rbita amplia alrededor de un agujero negro de masa estelar en nuestra galaxia”.<\/p>\n\n\n\n
Aunque es probable que haya millones de agujeros negros de masa estelar vagando por la V\u00eda L\u00e1ctea, los pocos que se han detectado fueron descubiertos por sus interacciones energ\u00e9ticas con una estrella compa\u00f1era. A medida que el material de una estrella cercana entra en espiral hacia el agujero negro, se sobrecalienta y genera potentes rayos X y chorros de material. Si un agujero negro no se est\u00e1 alimentando activamente (es decir, est\u00e1 inactivo), simplemente se mezcla con su entorno.<\/p>\n\n\n\n
“He estado buscando agujeros negros inactivos durante los \u00faltimos cuatro a\u00f1os utilizando una amplia gama de conjuntos de datos y m\u00e9todos”, dijo El-Badry. “Mis intentos anteriores, as\u00ed como los de otros, arrojaron una colecci\u00f3n de sistemas binarios que se hacen pasar por agujeros negros, pero esta es la primera vez que la b\u00fasqueda ha dado sus frutos”.<\/p>\n\n\n\n
El equipo identific\u00f3 originalmente que el sistema albergaba potencialmente un agujero negro mediante el an\u00e1lisis de datos de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea. Gaia captur\u00f3 las diminutas irregularidades en el movimiento de la estrella causadas por la gravedad de un objeto masivo invisible. Para explorar el sistema con m\u00e1s detalle, El-Badry y su equipo recurrieron al instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph en Gemini North, que midi\u00f3 la velocidad de la estrella compa\u00f1era mientras orbitaba el agujero negro y proporcion\u00f3 una medici\u00f3n precisa de su per\u00edodo orbital. Las observaciones de seguimiento de Gemini fueron cruciales para restringir el movimiento orbital y, por lo tanto, las masas de los dos componentes en el sistema binario, lo que permiti\u00f3 al equipo identificar el cuerpo central como un agujero negro aproximadamente 10 veces m\u00e1s masivo que nuestro sol.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestras observaciones de seguimiento de Gemini confirmaron m\u00e1s all\u00e1 de toda duda razonable que el binario contiene una estrella normal y al menos un agujero negro inactivo”, explic\u00f3 El-Badry. “No pudimos encontrar ning\u00fan escenario astrof\u00edsico plausible que pueda explicar la \u00f3rbita observada del sistema que no involucra al menos un agujero negro”.<\/p>\n\n\n\n
El equipo se bas\u00f3 no solo en las magn\u00edficas capacidades de observaci\u00f3n de Gemini North, sino tambi\u00e9n en la capacidad de Gemini para proporcionar datos en un plazo ajustado, ya que el equipo ten\u00eda solo un per\u00edodo breve para realizar sus observaciones de seguimiento.<\/p>\n\n\n\n
“Cuando tuvimos los primeros indicios de que el sistema conten\u00eda un agujero negro, solo ten\u00edamos una semana antes de que los dos objetos estuvieran en la separaci\u00f3n m\u00e1s cercana en sus \u00f3rbitas. Las mediciones en este punto son esenciales para hacer estimaciones de masa precisas en un sistema binario”, dijo El-Badry. “La capacidad de Gemini para proporcionar observaciones de respuesta r\u00e1pida fue fundamental para el \u00e9xito del proyecto. Si hubi\u00e9ramos perdido esa ventana estrecha, habr\u00edamos tenido que esperar otro a\u00f1o”.<\/p>\n\n\n\n
Los modelos actuales de los astr\u00f3nomos sobre la evoluci\u00f3n de los sistemas binarios est\u00e1n en apuros para explicar c\u00f3mo pudo haber surgido la peculiar configuraci\u00f3n del sistema Gaia BH1. Espec\u00edficamente, la estrella progenitora que luego se convirti\u00f3 en el agujero negro reci\u00e9n detectado habr\u00eda sido al menos 20 veces m\u00e1s masiva que nuestro sol. Esto significa que habr\u00eda vivido solo unos pocos millones de a\u00f1os. Si ambas estrellas se formaron al mismo tiempo, esta estrella masiva se habr\u00eda convertido r\u00e1pidamente en una supergigante, hinchando y engullendo a la otra estrella antes de que tuviera tiempo de convertirse en una estrella de secuencia principal que quema hidr\u00f3geno como nuestro Sol.<\/p>\n\n\n\n
No est\u00e1 del todo claro c\u00f3mo la estrella de masa solar pudo haber sobrevivido a ese episodio, terminando como una estrella aparentemente normal, como indican las observaciones del binario del agujero negro. Todos los modelos te\u00f3ricos que permiten la supervivencia predicen que la estrella de masa solar deber\u00eda haber terminado en una \u00f3rbita mucho m\u00e1s estrecha de lo que realmente se observa. Esto podr\u00eda indicar que existen lagunas importantes en nuestra comprensi\u00f3n de c\u00f3mo se forman y evolucionan los agujeros negros en sistemas binarios, y tambi\u00e9n sugiere la existencia de una poblaci\u00f3n a\u00fan no explorada de agujeros negros inactivos en sistemas binarios.<\/p>\n\n\n\n
“Es interesante que este sistema no se adapte f\u00e1cilmente a los modelos est\u00e1ndar de evoluci\u00f3n binaria”, concluy\u00f3 El-Badry. “Plantea muchas preguntas sobre c\u00f3mo se form\u00f3 este sistema binario, as\u00ed como cu\u00e1ntos de estos agujeros negros inactivos existen”.<\/p>\n\n\n\n
“Como parte de una red de observatorios espaciales y terrestres, Gemini North no solo ha proporcionado pruebas s\u00f3lidas del agujero negro m\u00e1s cercano hasta la fecha, sino tambi\u00e9n del primer sistema de agujeros negros pr\u00edstino, libre del gas caliente habitual que interact\u00faa con el agujero negro”, dijo Martin Still, oficial del programa Gemini de la NSF.<\/p>\n\n\n\n
“Si bien esto augura potencialmente futuros descubrimientos de la poblaci\u00f3n de agujeros negros inactivos predicha en nuestra galaxia, las observaciones tambi\u00e9n dejan un misterio por resolver: a pesar de una historia compartida con su vecino ex\u00f3tico, \u00bfpor qu\u00e9 la estrella compa\u00f1era en este sistema binario es tan normal?”<\/p>\n\n\n\n