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(Noticias de Nanowerk) Los agujeros negros son los objetos más extremos del universo. Es probable que se encuentren versiones supermasivas de estos objetos increíblemente densos en los centros de todas las galaxias principales. Los agujeros negros de masa estelar, que pesan entre cinco y 100 veces la masa del Sol, son mucho más comunes, con un estimado de 100 millones solo en la Vía Láctea. Sin embargo, hasta ahora, solo se han confirmado unos pocos, y casi todos ellos están «activos», lo que significa que brillan intensamente en la luz de rayos X mientras consumen material de un compañero estelar cercano, en contraste con los agujeros negros inactivos. que no
Los astrónomos que utilizan el telescopio Gemini North en Hawái, uno de los telescopios gemelos del Observatorio Internacional Gemini operado por NOIRLab de NSF, han descubierto el agujero negro más cercano a la Tierra, que los investigadores han denominado Gaia BH1. Aproximadamente 10 veces la masa del Sol, este agujero negro inactivo se encuentra a unos 1.600 años luz de distancia en la constelación de Ofiuco. Esto lo coloca tres veces más cerca de la Tierra que el poseedor del récord anterior, un binario de rayos X en la constelación de Unicornio. El nuevo descubrimiento fue posible gracias a las exquisitas observaciones del movimiento del compañero 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.
«Toma el sistema solar, pon un agujero negro donde está el sol y pon el sol donde está la tierra, y obtendrás ese sistema», explicó Kareem El-Badry, astrofísico del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y el Instituto Max Planck de Astronomía, y el autor principal del artículo que describe este descubrimiento (Boletines mensuales de la Royal Astronomical Society, «Una estrella similar al sol que orbita un agujero negro»). “Si bien ha habido muchos supuestos descubrimientos de tales sistemas, casi todos estos descubrimientos han sido refutados posteriormente. Esta es la primera detección clara de una estrella similar al Sol en una órbita amplia alrededor de un agujero negro de masa estelar en nuestra galaxia”.
Aunque es probable que haya millones de agujeros negros de masa estelar vagando por la Vía Láctea, los pocos que se han detectado se descubrieron a través de sus interacciones energéticas con una estrella compañera. A medida que el material de una estrella cercana entra en espiral hacia el agujero negro, se sobrecalienta y produce potentes rayos X y chorros de material. Cuando un agujero negro no se está alimentando activamente (es decir, está inactivo), simplemente se mezcla con su entorno.
«He estado buscando agujeros negros inactivos durante los últimos cuatro años utilizando una amplia gama de conjuntos de datos y métodos», dijo El-Badry. «Mis intentos anteriores, así como otros, han descubierto una colección de binarios disfrazados de agujeros negros, pero esta es la primera vez que la búsqueda ha dado sus frutos».
El equipo identificó originalmente que el sistema puede albergar un agujero negro mediante el análisis de datos de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea. Gaia capturó las pequeñas irregularidades en el movimiento de la estrella causadas por la gravedad de un objeto masivo invisible. Para estudiar el sistema con más detalle, El-Badry y su equipo recurrieron al instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph en Gemini North, que midió la velocidad de la estrella compañera mientras orbitaba el agujero negro y proporcionó una medición precisa de su período orbital. Las observaciones de seguimiento de Gemini fueron cruciales para restringir el movimiento orbital y, por lo tanto, las masas de los dos componentes del sistema binario, lo que permitió al equipo identificar el cuerpo central como un agujero negro de unas 10 veces la masa de nuestro Sol.
«Nuestras observaciones de seguimiento de Gemini confirmaron inequívocamente que el binario contiene una estrella normal y al menos un agujero negro inactivo», explicó El-Badry. «No pudimos encontrar ningún escenario astrofísico plausible que pudiera explicar la órbita observada del sistema que no involucra al menos un agujero negro».
El equipo confió no solo en las excelentes capacidades de observación de Gemini North, sino también en la capacidad de Gemini para proporcionar datos en un cronograma ajustado dada la breve ventana del equipo para realizar sus observaciones de seguimiento.
«Cuando tuvimos los primeros indicios de que el sistema contenía un agujero negro, solo teníamos una semana antes de que los dos objetos estuvieran en su separación más cercana en sus órbitas. 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 rápidas fue fundamental para el éxito del proyecto. Si nos hubiéramos perdido esta ventana estrecha, habríamos tenido que esperar otro año”.
Los modelos actuales de los astrónomos sobre la evolución de los sistemas binarios luchan por explicar cómo podría haber surgido la peculiar configuración del sistema Gaia BH1. En particular, la estrella progenitora que luego se convirtió en el agujero negro recién descubierto habría sido al menos 20 veces más masiva que nuestro Sol. Esto significa que habría vivido solo unos pocos millones de años. Si ambas estrellas se hubieran formado al mismo tiempo, esta estrella masiva se habría transformado rápidamente en una supergigante, hinchando y engullendo a la otra estrella antes de que tuviera tiempo de convertirse en una estrella de la secuencia principal que quema hidrógeno en toda regla como nuestro Sol.
No está del todo claro cómo la estrella de masa solar pudo haber sobrevivido a este episodio y terminó como una estrella aparentemente normal, según lo observado por las observaciones del sistema binario de agujeros negros. Los modelos teóricos capaces de sobrevivir a todos predicen que la estrella de masa solar debería haber aterrizado en una órbita mucho más estrecha de lo que realmente se observa.
Esto puede indicar que existen lagunas importantes en nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los agujeros negros binarios, y también sugiere la existencia de una población aún no explorada de agujeros negros binarios inactivos.
«Curiosamente, este sistema no se integra fácilmente en los modelos de evolución binaria estándar», concluyó El-Badry. «Plantea muchas preguntas sobre cómo surgió este sistema binario y cuántos de estos agujeros negros inactivos existen».
«Como parte de una red de observatorios espaciales y terrestres, Gemini North no solo ha proporcionado evidencia sólida del agujero negro más cercano hasta el momento, sino también el primer sistema de agujeros negros prístino no perturbado por el gas caliente habitual asociado con el agujero negro, ”, dijo Martin Still, oficial del programa Gemini de la NSF. «Si bien esto es un buen augurio para futuros descubrimientos de la población predicha de agujeros negros inactivos de nuestra galaxia, las observaciones también dejan un misterio por resolver: a pesar de compartir una historia con su vecino exótico, ¿por qué la estrella compañera es tan normal en este sistema estelar binario? »
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