Descubierto el primer agujero negro que orbita una estrella «peonza»

Las estrellas Be son relativamente abundantes en el Universo. Solo en nuestra galaxia se conocen más de ochenta que forman sistemas binarios con estrellas de neutrones. «Su particularidad es la elevada fuerza centrífuga; giran sobre ellas mismas a una velocidad muy alta, cercana a su límite de ruptura, como si fueran peonzas cósmicas», explica Jorge Casares, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de Laguna (ULL), uno de los descubridores y experto en agujeros negros de masa estelar (obtuvo la primera prueba sólida de su existencia en 1992). Es el caso de esta estrella, conocida como MWC 656, situada en la constelación del Lagarto (Lacerta), a 8.500 años luz de la Tierra y cuya la superficie gira a más de un millón de kilómetros por hora.

«Empezamos a estudiar la estrella MWC 656 a partir del año 2010, cuando se detectó emisión transitoria de rayos gama que parecía que provenía de ella misma», señala Marc Ribó, del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICC/IEEC-UB). «No se volvió a observar emisión gama —añade—, pero descubrimos que formaba parte de un sistema binario».

Un análisis detallado de su espectro permitió inferir las características de su compañera. «Se trata de un cuerpo con una masa muy alta, entre 3,8 y 6,9 veces la masa solar. Un objeto así, que no es visible y con esta masa, solo puede ser un agujero negro, puesto que ninguna estrella de neutrones es estable por encima de tres masas solares», afirma Ignasi Ribas, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC/IEEC).

El agujero negro orbita la estrella Be y se alimenta de la materia que esta va perdiendo. «La gran velocidad de rotación de la estrella provoca que expulse materia a través de un disco ecuatorial, la cual es atraída a su vez por el agujero negro y absorbida por un disco de acreción». «Estudiando la emisión de este disco —añade Ignacio Negueruela, investigador de la Universitat de Alicante (UA)—, hemos podido analizar el movimiento del agujero negro y deducir su masa».

Los científicos creen que se trata de un miembro cercano de una población oculta de estrellas Be con agujeros negros: «Pensamos que estos sistemas son mucho más abundantes pero difíciles de detectar, puesto que los agujeros negros se alimentan del gas expulsado por la estrella Be de manera “silenciosa”, es decir, sin emitir mucha radiación», remarca Casares. Los expertos esperan poder confirmar este hecho con la detección de otros sistemas en la Vía Láctea y en galaxias cercanas con telescopios de más diámetro, como el Gran Telescopio Canarias (GTC).

Junto con Jorge Casares, Ignacio Negueruela, Marc Ribó e Ignasi Ribas, también han participado en la investigación Josep M. Paredes, del ICC, y Artemio Herrero y Sergio Simón, los dos científicos del IAC y la ULL. Los investigadores del ICC y el ICE también son miembros del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC).

Los investigadores de la UB Marc Ribó y Josep M. Paredes pertenecen al Grupo de Astrofísica de Altas Energías (HEAUB) y, en particular, trabajan con fuentes de rayos gama de la Vía Láctea. Están especializados en observaciones multilongitud de onda de estas fuentes y en la posterior interpretación de los datos. Su investigación se ha publicado en revistas de impacto, como es el caso de un trabajo publicado en Science en el año 2000, merecedor del Premio Ciudad de Barcelona en la modalidad de investigación científica para Josep M. Paredes, profesor ICREA Academia y director del grupo. Ambos investigadores son miembros de la colaboración internacional MAGIC y del proyecto de nuevo telescopio de rayos gama Cherenkov Telescope Array (CTA). Ribó es precisamente el investigador principal de este proyecto en la UB.

Agujeros negros, un desafío continuo

La detección de los agujeros negros siempre ha representado un desafío, desde su formulación teórica en el siglo XVIII. Como no se ven —su gran fuerza gravitatoria impide que la luz pueda escapar de su interior—, los telescopios no los pueden detectar. Sin embargo, en determinados momentos, algunos agujeros negros pueden producir radiación de alta energía en su entorno, de forma que se pueden localizar con satélites de rayos X. Es el caso de los agujeros negros activos, que se alimentan de materia que obtienen de un objeto cercano. Si se detecta emisión violenta de rayos X procedente de un lugar en el que no parece que haya nada, es posible que allí se «esconda» un agujero negro.

Gracias a este método, en los últimos cincuenta años se han descubierto 55 candidatos a agujeros negros. De estos, hay diecisiete de los cuales se tiene lo que los astrónomos denominan confirmación dinámica. Es decir, se ha localizado la estrella que los alimenta y esto ha permitido medir la masa del objeto invisible alrededor del que giran. Si la masa es superior a tres veces la masa del Sol, se considera probado que es un agujero negro.

En cambio, los agujeros negros «durmientes» —como el que los investigadores han localizado alrededor de la estrella MWC 656— presentan más problemas: «La emisión de rayos X es casi inexistente, motivo por el que resulta muy difícil que capten nuestra atención», reconoce Casares. De hecho, los investigadores creen que hay miles de sistemas binarios con agujeros negros distribuidos por la Vía Láctea, algunos de ellos también con estrellas compañeras de tipo Be.
 

Artículo

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, enero de 2014. DOI: 10.1038/nature12916