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Los ‘vigilantes de agujeros negros’ encuentran uno inactivo fuera de nuestra galaxia

El agujero negro descubierto ahora tiene al menos nueve veces la masa de nuestro Sol, y orbita alrededor de una estrella caliente y azul que posee veinticinco veces la masa solar. Imagen: ESO/L. Calçada

El agujero negro descubierto ahora tiene al menos nueve veces la masa de nuestro Sol, y orbita alrededor de una estrella caliente y azul que posee veinticinco veces la masa solar. Imagen: ESO/L. Calçada

El investigador del ICCUB, Mark Gieles. Imagen: ICCUB

El investigador del ICCUB, Mark Gieles. Imagen: ICCUB

20/07/2022

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Un equipo de expertos internacionales, reconocidos por haber desmentido varios descubrimientos de agujeros negros, ha identificado uno de masa estelar: el VFTS 243, que se encuentra en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia cercana a la Vía Láctea. El descubrimiento lo anuncia ahora un artículo publicado en la revista Nature Astronomy en el que participa Mark Gieles, de la Facultad de Física, el Instituto de Ciencias del Cosmos de la UB (ICCUB) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC).

«Por primera vez, nuestro equipo se reunió para informar sobre el descubrimiento de un agujero negro, en vez de rechazar uno», afirma el director del estudio, Tomer Shenar. El equipo también descubrió que la estrella que dio origen a este agujero negro desapareció sin señales de explosión potente. Este hallazgo ha sido posible tras seis años de observaciones con el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO). En el trabajo, llevado a cabo por unos cuarenta expertos de todo el ámbito internacional, también participan miembros del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL).

«Hemos encontrado una aguja en un pajar», dice Shenar, que comenzó el estudio en la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica) y que ahora tiene una beca Marie Skłodowska-Curie en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). Aunque se han propuesto otros agujeros negros similares, el equipo afirma que este es el primero de masa estelar e inactivo que se detecta de forma inequívoca fuera de nuestra galaxia.

Los agujeros negros de masa estelar se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de su vida y colapsan bajo su propia gravedad. En un sistema binario, formado por dos estrellas que giran una alrededor de la otra, este proceso deja un agujero negro en órbita con una estrella luminosa que lo acompaña. «A partir de la órbita casi circular de este par de objetos, podríamos concluir que ese agujero negro no recibió un golpe de velocidad cuando se formó en una explosión de supernova, algo que nos ayuda a entender mejor el origen de las ondas gravitacionales observadas por los detectores LIGO-Virgo», comenta el profesor ICREA Mark Gieles, miembro del Departamento de Física Cuántica y Astrofísica de la UB, encargado de analizar e interpretar el conjunto, cada vez más numeroso, de colisiones de objetos compactos detectados, como los sistemas binarios que contienen agujeros negros.

Un agujero negro está inactivo si no emite niveles altos de rayos X, forma de radiación por la que suelen detectarse estos agujeros negros. «Es increíble que apenas conozcamos más agujeros negros inactivos, teniendo en cuenta que los astrónomos creen que son muy comunes», explica Pablo Marchant, coautor del estudio y miembro de la Universidad Católica de Lovaina. El agujero negro descubierto ahora tiene al menos nueve veces la masa de nuestro Sol, y orbita alrededor de una estrella caliente y azul que posee veinticinco veces la masa solar.

Los agujeros negros inactivos son especialmente difíciles de detectar, ya que no interactúan demasiado con su entorno. «Llevamos más de dos años buscando este tipo de sistemas binarios de agujeros negros», afirma la coautora del estudio, Julia Bodensteiner, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Alemania. «Cuando supe de la existencia del VFTS 243, me emocioné mucho ; en mi opinión, de todos los agujeros negros sobre los que tenemos información hasta ahora, este es el candidato que más convence».

Para encontrar el VFTS 243, la colaboración analizó aproximadamente 1.000 estrellas masivas en la región de la nebulosa de la Tarántula de la Gran Nube de Magallanes para encontrar las que pudieran estar acompañadas de agujeros negros. Identificar estos acompañantes como agujeros negros es muy difícil, ya que existen muchas otras opciones.

«Como investigador que en los últimos años ha desmentido posibles agujeros negros, era muy escéptico en lo que a este descubrimiento se refiere», dice Shenar. Este escepticismo lo compartía el coautor del estudio, Kareem El-Badry, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (Estados Unidos), al que Shenar llama «el destructor de agujeros negros». «Cuando Tomer me pidió que comprobara sus hallazgos, dudé. Pero no encontré explicación plausible para estos datos sin incluir un agujero negro», explica El-Badry.

El hallazgo permite al equipo tener una visión única de los procesos que acompañan a la formación de los agujeros negros. Los astrónomos creen que un agujero negro de masa estelar se forma cuando el núcleo de una estrella masiva moribunda se colapsa, pero todavía no se sabe si todo ello va acompañado de una explosión de supernova.

«La estrella que formó el agujero negro VFTS 243 parece haber colapsado por completo, sin signos de ninguna explosión previa», explica Shenar. «Recientemente, han surgido pruebas de este escenario de “colapso directo”, pero nuestro estudio ofrece lo que seguramente es una de las indicaciones más directas de ese tipo de mecanismo. Esto tiene grandes implicaciones para el origen de las fusiones de agujeros negros en el cosmos».

El agujero negro VFTS 243 se encontró gracias a seis años de observaciones de la nebulosa de la Tarántula hechas con el instrumento Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) del VLT de la ESO.

A pesar del apodo de «policía de los agujeros negros», el equipo responsable de este hallazgo fomenta activamente su escrutinio, y espera que este trabajo permita encontrar otros agujeros negros de masa estelar que orbitan en torno a estrellas masivas, de las que se predice que hay miles en la Vía Láctea y en las Nubes de Magallanes.

«Espero que otros expertos examinen detenidamente el análisis e intenten elaborar modelos alternativos. Es un proyecto muy emocionante en el que participar», concluye El-Badry.

 

Artículo de referencia:

Shenar, T. et al. «An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud». Nature Astronomy, julio de 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01730-y

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