Descobert el primer forat negre que orbita una estrella «baldufa»

Les estrelles Be són relativament abundants a lʼUnivers. Només a la nostra galàxia seʼn coneixen més de vuitanta que formen sistemes binaris amb estrelles de neutrons. «La seva particularitat és lʼelevada força centrífuga; giren sobre elles mateixes a una velocitat molt alta, propera al seu límit de ruptura, com si fossin baldufes còsmiques», explica Jorge Casares, investigador de lʼInstitut dʼAstrofísica de Canàries (IAC) i la Universitat de La Laguna (ULL), un dels descobridors i expert en forats negres de massa estel·lar (va obtenir la primera prova sòlida que existien el 1992). És el cas dʼaquesta estrella, coneguda com a MWC 656, situada a la constel·lació del Llangardaix (Lacerta), a 8.500 anys llum de la Terra i la superfície de la qual gira a més dʼun milió de quilòmetres per hora.

«Vam començar a estudiar lʼestrella MWC 656 a partir de lʼany 2010, quan es va detectar emissió transitòria de raigs gamma que semblava que provenia dʼella mateixa», assenyala Marc Ribó, de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICC/IEEC-UB). «No es va tornar a observar emissió gamma —afegeix—, però vam descobrir que formava part dʼun sistema binari». 

Una anàlisi detallada del seu espectre va permetre inferir les característiques de la seva companya. «Es tracta dʼun cos amb una massa molt alta, entre 3,8 i 6,9 vegades la massa solar. Un objecte així, que no és visible i amb aquesta massa, només pot ser un forat negre, ja que cap estrella de neutrons és estable per sobre de tres masses solars», afirma Ignasi Ribas, investigador del CSIC a lʼInstitut de Ciències de lʼEspai (ICE/IEEC-CSIC). 

El forat negre orbita lʼestrella Be i sʼalimenta de la matèria que aquesta va perdent. «La gran velocitat de rotació de lʼestrella provoca que expulsi matèria a través dʼun disc equatorial, la qual és atreta al seu torn pel forat negre i absorbida per un disc dʼacreció». «Estudiant lʼemissió dʼaquest disc —afegeix Ignacio Negueruela, investigador de la Universitat dʼAlacant (UA)—, hem pogut analitzar el moviment del forat negre i deduir-ne la massa». 

Els científics creuen que es tracta dʼun membre proper dʼuna població oculta dʼestrelles Be amb forats negres: «Pensem que aquests sistemes són molt més abundants però difícils de detectar, ja que els forats negres sʼalimenten del gas expulsat per lʼestrella Be de manera “silenciosa”, és a dir, sense emetre gaire radiació», remarca Casares. Els experts esperen poder confirmar aquest fet amb la detecció dʼaltres sistemes en la Via Làctia i en galàxies properes amb telescopis de més diàmetre, com el Gran Telescopi Canarias (GTC).

Juntament amb Jorge Casares, Ignacio Negueruela, Marc Ribó i Ignasi Ribas, també han participat en la recerca Josep Maria Paredes, de lʼICC, i Artemio Herrero i Sergio Simón, tots dos científics de lʼIAC i la ULL. Els investigadors de lʼICC i lʼICE també són membres de lʼInstitut dʼEstudis Espacials de Catalunya (IEEC).

Els investigadors de la UB, Marc Ribó i Josep M. Paredes, pertanyen al Grup d'Astrofísica d'Altes Energies (HEAUB) i, en particular, treballen amb fonts de raigs gamma de la Via Làctia. Estan especialitzats en observacions multilongitud d'ona d'aquestes fonts i en la posterior interpretació de les dades. La seva recerca ha estat publicada en revistes d'impacte, com és el cas d'un treball publicat a Science l'any 2000, mereixedor del Premi Ciutat de Barcelona 2000 en la modalitat d'investigació científica per a Josep M. Paredes, professor ICREA Acadèmia i director del grup. Els dos investigadors són membres de la col·laboració internacional MAGIC i del projecte de nou telescopi de raigs gamma Cherenkov Telescope Array (CTA). Ribó és justament l'investigador principal d'aquest projecte a la UB.

Forats negres, un desafiament continu

La detecció dels forats negres sempre ha representat un desafiament, des de la seva formulació teòrica, al segle XVIII. Com que no es veuen —la seva gran força gravitatòria impedeix que la llum pugui escapar del seu interior—, els telescopis no els poden detectar. No obstant això, en determinats moments, alguns forats negres poden produir radiació dʼalta energia al seu entorn, de manera que es poden localitzar amb satèl·lits de raigs X. És el cas dels forats negres actius, que sʼalimenten de matèria que obtenen dʼun objecte proper. Si es detecta emissió violenta de raigs X procedent dʼun lloc en el qual no sembla que hi hagi res, és possible que allí sʼhi «amagui» un forat negre.

Gràcies a aquest mètode, en els darrers cinquanta anys sʼhan descobert cinquanta-cinc candidats a forats negres. Dʼaquests, nʼhi ha disset dels quals es té el que els astrònoms anomenen «confirmació dinàmica». És a dir, sʼha localitzat lʼestrella que els alimenta i això ha permès mesurar la massa de lʼobjecte invisible al volant del qual giren. Si la massa és superior a tres vegades la massa del Sol, es considera provat que és un forat negre.

En canvi, els forats negres «dorments» —com el que els investigadors han localitzat al voltant de lʼestrella MWC 656— presenten més problemes: «Lʼemissió de raigs X és quasi inexistent, motiu pel qual resulta molt difícil que captin la nostra atenció», reconeix Casares. De fet, els investigadors creuen que hi ha milers de sistemes binaris amb forats negres distribuïts per la Via Làctia, alguns dʼells també amb estrelles companyes de tipus Be.

Article

J. Casares, I. Negueruela, M. Ribó, I. Ribas, J. M. Paredes, A. Herrero, S. Simón Díaz. «A Be-type star with a black-hole companion». Nature, gener de 2014. DOI: 10.1038/nature12916