Un instrumento de ESO detecta el agujero negro más cercano a la Tierra

El objeto invisible tiene dos estrellas compañeras visibles a ojo desnudo.

Representación artística del sistema triple con el agujero negro más cercano a la Tierra descubierto hasta la fecha. Agrandar imagen. Muestra las órbitas de los objetos del sistema triple HR 6819. Este sistema se compone de un sistema binario interno con una estrella (órbita en azul) y un agujero negro recién descubierto (órbita en rojo), así como de un tercer objeto, otra estrella, en una órbita más amplia (también en azul). Las observaciones, realizadas con el espectrógrafo FEROS, instalado en el Telescopio de 2,2 metros en el Observatorio La Silla de ESO, mostraron que la estrella visible interior orbita el agujero negro cada 40 días, mientras que la segunda estrella está muy alejada de este par interior. Ver animación.

Crédito: ESO/L. Calçada.

Un equipo de astrónomos del Observatorio Europeo Austral (ESO) y de otras instituciones ha descubierto un agujero negro a solo 1.000 años luz de la Tierra. Es el agujero negro más cercano a nuestro Sistema Solar jamás detectado hasta la fecha y forma parte de un sistema triple que se puede ver a simple vista. El equipo encontró evidencias de la presencia de este objeto invisible rastreando a sus dos estrellas compañeras con el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, instalado en el Observatorio La Silla de ESO, en Chile. Dicen que este sistema podría ser sólo la punta del iceberg, ya que, en el futuro, podrían descubrirse muchos más agujeros negros similares a este.

“Nos sorprendimos mucho cuando nos dimos cuenta de que se trata del primer sistema estelar con un agujero negro que se puede ver a simple vista”, afirma Petr Hadrava, científico emérito de la Academia de Ciencias de la República Checa, en Praga, y coautor de la investigación. Situado en la constelación de Telescopium, el sistema está tan cerca de nosotros que sus estrellas se pueden ver desde el hemisferio sur en una noche oscura y despejada sin prismáticos ni telescopio. “Este sistema contiene el agujero negro más cercano a la Tierra que conocemos”, confirma el científico de ESO Thomas Rivinius, quien dirigió el estudio publicado hoy en la revista Astronomy & Astrophysics.

Este gráfico muestra la ubicación del sistema triple HR 6819, que incluye el agujero negro más cercano a la Tierra, en la constelación de Telescopium. Agrandar imagen. En este mapa se pueden ver la mayoría de las estrellas que son visibles a ojo desnudo bajo buenas condiciones; el sistema en sí está marcado con un círculo rojo. Mientras que el agujero negro es invisible, las dos estrellas de HR 6819 se pueden ver desde el hemisferio sur en una noche oscura y despejada sin binoculares o telescopio.

Crédito:ESO, IAU and Sky & Telescope.

En un principio, el equipo estudiaba el sistema, llamado HR 6819, como parte de un estudio de sistemas de doble estrella. Sin embargo, al analizar sus observaciones, quedaron sorprendidos al descubrir un tercer cuerpo, previamente desconocido en HR 6819: un agujero negro. Las observaciones con el espectrógrafo FEROS, instalado en el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, en La Silla, mostraron que una de las dos estrellas visibles orbita alrededor de un objeto invisible cada 40 días, mientras que la segunda estrella está a una gran distancia de este par interior.

Tal y como cuenta Dietrich Baade, astrónomo emérito de ESO en Garching y coautor del estudio, “Las observaciones necesarias para determinar el período de 40 días tuvieron que extenderse durante varios meses. Esto fue posible gracias al esquema pionero del servicio de observación de ESO, en virtud del cual el personal de ESO hace observaciones en nombre de los científicos que las necesitan”.

El sistema HR 6819 se puede ver en el centro de esta vista de campo amplio del cielo creado a partir de imágenes que forman parte de Digitized Sky Survey 2. Agrandar imagen. Las dos estrellas están tan cerca que se ven como una, y el sistema triple también incluye el negro más cercano hoyo a la Tierra jamás encontrado. Mientras que el agujero negro es invisible, las dos estrellas de HR 6819 se pueden ver desde el hemisferio sur en una noche oscura y despejada sin binoculares o telescopio. Ver video.

Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2/ Davide De Martin.

El agujero negro oculto en HR 6819 es uno de los primeros agujeros negros de masa estelar descubierto que no interactúan violentamente con su entorno y, por lo tanto, parecen verdaderamente negros. Pese a ello, el equipo pudo detectar su presencia y calcular su masa estudiando la órbita de la estrella situada en el par interior. “Un objeto invisible con una masa de, al menos, 4 veces la del Sol, sólo puede ser un agujero negro”, concluye Rivinius, que trabaja en Chile.

Hasta la fecha, los astrónomos han detectado tan solo un par de docenas de agujeros negros en nuestra galaxia, y casi todos ellos interactúan con su entorno y dan a conocer su presencia mediante la liberación de potentes rayos X. Pero los científicos estiman que, a lo largo de la vida de la Vía Láctea, muchas más estrellas acabaron colapsando como agujeros negros al terminar sus vidas. El descubrimiento de un agujero negro silencioso e invisible en HR 6819 proporciona pistas sobre dónde podrían estar los numerosos agujeros negros ocultos en la Vía Láctea. “Debe haber cientos de millones de agujeros negros por ahí, pero conocemos muy pocos. Saber qué buscar debería facilitarnos la tarea de encontrarlos”, afirma Rivinius. Baade añade que encontrar un agujero negro en un sistema triple tan cercano indica que estamos viendo sólo “la punta de un emocionante iceberg”.

De hecho, los astrónomos creen que su descubrimiento ya podría arrojar algo de luz sobre un segundo sistema. “Nos dimos cuenta de que otro sistema, llamado LB-1, también puede ser triple, aunque necesitaríamos más observaciones para afirmarlo con seguridad”, confirma Marianne Heida, becaria postdoctoral de ESO y coautora del artículo. “LB-1 está un poco más lejos de la Tierra, pero todavía lo bastante cerca en términos astronómicos, lo cual significa que probablemente existen muchos más sistemas como este. Al encontrarlos y estudiarlos podemos aprender mucho sobre la formación y evolución de esas estrellas que comienzan sus vidas con más de 8 veces la masa del Sol y terminan en una explosión de supernova que deja tras de sí un agujero negro”.

Los descubrimientos de estos sistemas triples con un par interno de estrellas y una estrella alejada también podrían proporcionar pistas sobre las violentas fusiones cósmicas que liberan ondas gravitacionales lo suficientemente poderosas como para ser detectadas en la Tierra. Algunos astrónomos creen que las fusiones pueden ocurrir en sistemas con una configuración similar a HR 6819 o LB-1, pero donde el par interno se compone de dos agujeros negros o de un agujero negro y una estrella de neutrones. El objeto exterior distante podría influir gravitacionalmente en el par interno de manera que podría desencadenar una fusión y la liberación de ondas gravitacionales. Aunque HR 6819 y LB-1 solo tienen un agujero negro y no tienen estrellas de neutrones, estos sistemas podrían ayudar a los científicos a entender cómo pueden tener lugar colisiones estelares en sistemas triples de estrellas.

Información adicional

Este trabajo de investigación ha sido presentado en el artículo científico A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary, publicado hoy (6 de Mayo, 2020) en la revista Astronomy & Astrophysics.

El equipo está formado por Th. Rivinius (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile); D. Baade (Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania [ESO Germany]); P. Hadrava (Instituto de Astronomía, Academia de Ciencia de la República Checa, Praga, República Checa); M. Heida (ESO Germany); y R. Klement (el Conjunto CHARA de la Universidad Estatal de Georgia, Observatorio del Monte Wilson, Mount Wilson, EE.UU.).

Fuente del artículo: ESO (European Southern Observatory).

Material relacionado:

El video de ESO presentando la noticia:

Un equipo de astrónomos del Observatorio Europeo Austral (ESO) y de otras instituciones ha descubierto un agujero negro a tan solo 1.000 años luz de la Tierra. Es el agujero negro más cercano a nuestro Sistema Solar jamás detectado hasta la fecha y forma parte de un sistema triple que se puede ver a simple vista. El equipo encontró evidencias de la presencia de este objeto invisible rastreando a sus dos estrellas compañeras con el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, instalado en el Observatorio La Silla de ESO, en Chile.

Crédito: ESO.

Los agujeros negros deberían ser comunes en nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero su naturaleza oscura significa que solo se han descubierto docenas hasta la fecha. El artículo a continuación presenta algunos agujeros negros cercanos que los astrónomos conocen un poco:

Los astrofísicos de Columbia han descubierto 12 agujeros negros binarios de  baja masa, que orbitan Sgr A * dentro de un círculo de 1 parsec, en el centro de la Vía Láctea. Su existencia sugiere que hay probablemente unos 10,000 agujeros negros dentro de una distancia de sólo tres años luz del Centro Galáctico. La ampliación en la figura, muestra un par binario formado por un agujero negro de baja masa y una estrella. La gravedad del agujero negro (AN) quita gas de la estrella, dando lugar a la formación de un disco de acreción entorno al él, en el que la velocidad del gas aumenta marcadamente al acercarse al horizonte de eventos del AN dando lugar por fricción, a un fuerte calentamiento  del mismo con la consiguiente emisión de rayos X, que son detectados por los telescopios para alta energía.
Crédito: Universidad de Columbia.

El siguiente artículo, presenta un importante hallazgo en el entorno del agujero negro central supermasivo de la Vía Láctea y contiene además en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre agujeros negros:

Otros artículos sobre agujeros negros

Agrandar. Comparación de las concepciones de un agujero negro rodeado por un disco de acreción delgado versus un disco de acreción grueso. 

Créditos: Imagen arriba: NASA, abajo: Nicolle R. Fuller / NSF.

En Abril de 2019, el Event Horizon Telescope (Telescopio de Horizonte de Evento) capturó las primeras imágenes detalladas de la sombra de un agujero negro . En un nuevo estudio, un equipo de científicos ahora ha explorado lo que determina el tamaño y la forma de las sombras de los agujeros negros como ese:

Sobre la brecha en masa entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros.

1)_ La situación planteada.

Examinar las fuentes binarias, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, ha revelado dos poblaciones de objetos: los de baja masa por debajo de aproximadamente 2.5 masas solares y los de alta masa de 5 masas solares y superiores. Si bien LIGO y Virgo han detectado agujeros negros más masivos que eso y una instancia de fusiones de estrellas de neutrones cuyo producto posterior a la fusión cae en la región de la brecha, todavía no estamos seguros de qué persiste allí de lo contrario.
 
Crédito: FRANK ELAVSKY, NORTHWESTERN UNIVERSITY Y COLABORACIONES LIGO-VIRGO.

Cada vez que nace una estrella en el Universo, su destino final está casi completamente determinado desde el momento en que la fusión nuclear se enciende en su núcleo. Dependiendo solo de algunos factores (masa, la presencia de elementos más pesados ​​que el helio y si es parte de un sistema de varias estrellas), podemos calcular con precisión dramática cuál será el destino final de una estrella nacida con propiedades específicas.

Para la mayoría de las estrellas, incluidas todas las estrellas similares a nuestro Sol, el destino final será una enana blanca: una colección extremadamente densa de átomos más masivos que docenas (o incluso cientos) de Júpiter, pero solo del tamaño del planeta Tierra. Sin embargo, para las estrellas más masivas, les espera un destino más catastrófico: una supernova, que podría dar lugar a una estrella de neutrones o un remanente de agujero negro. Puede haber o no una brecha de masa entre las estrellas de neutrones más pesadas y los agujeros negros más ligeros formados por la supernova, y la humanidad nunca ha estado en una mejor posición para descubrirlo. El siguiente artículo lo presenta:

Is LIGO About To Destroy The Theory Of A ‘Mass Gap’ Between Neutron Stars And Black Holes? Ethan Siegel. Starts With a Bang / Forbes. Sep 10, 2019.

2)_ La primera detección de una estrella de neutrones en la brecha de masas.

El lunes 16 de marzo de 2020, el astrofísico Carl Rodríguez expresó un sentimiento que se hizo eco de los físicos de ondas gravitacionales en todo el mundo: ¡ NO AHORA LIGO ! Solo unos minutos antes, la colaboración de LIGO envió una alerta  sugiriendo que acababa de detectar otro evento de onda gravitacional, la detección del candidato número 56 desde que inició su última ejecución de toma de datos en abril de 2019. Esta parece indicar la fusión de dos agujeros negros, como tantos otros antes.

Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los otros, este podría ser «el clavo en el ataúd» de la idea de una «brecha de masa» entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros. Antes de que LIGO regresara en abril pasado, todos sus eventos, combinados con estrellas de neutrones y agujeros negros conocidos, mostraron dos poblaciones distintas: estrellas de neutrones de baja masa (por debajo de 2.5 masas solares) y agujeros negros de alta masa (5 masas solares y arriba). Sin embargo, este último evento cae dentro del rango de brecha de masa y podría demoler la idea de una vez por todas. El siguiente artíclo lo examina:

New LIGO Events Demolish The Idea Of A ‘Mass Gap’ Between Neutron Stars And Black Holes. Ethan Siegel. Starts With a Bang / Forbes. March 20, 2020.

Libros:

Dos libros introductorios para liceales, redactados de forma amigable, que se consiguen de segunda mano en mercados de Europa:

  • El tiempo, el espacio y el tío AlbertRussell Stannard  – Celeste Ediciones. 1993.
  • Los agujeros negros y el tío Albert.  Russell Stannard  – Celeste Ediciones. 1993.

El siguiente libro, cuenta la historia de los feroces debates sobre el agujero negro y las contribuciones de Einstein y Hawking y otros pensadores principales que alteraron por completo nuestra visión del Universo:

Curiosidades:

Detectando agujeros negros por el efecto de Microlente.

WFIRST realizará observaciones de microlente en la dirección del centro de la galaxia de la Vía Láctea.  La mayor densidad de estrellas producirá más detecciones de exoplanetas. y otros objetos muy elusivos, difíciles de detectar, como las enanas marrones y los agujeros negros.
Ampliar imagenVer video.
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Laboratorio CI.

Un método que ayudará a descubrir a los elusivos agujeros negros que vagan en nuestra galaxia es la utilización del efecto de microlente.

El futuro telescopio de infrarojo WFIRST de la NASA los buscará en la dirección del centro de nuestra galaxia. El siguiente artículo lo presenta:

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