Los astrónomos han descubierto el agujero negro más cercano a la Tierra

Los agujeros negros son los objetos más extremos del universo. Las versiones supermasivas de estos objetos inimaginablemente densos probablemente residan en los centros de todas las galaxias grandes. Los agujeros negros de masa estelar, entre 5 y 100 veces la masa del Sol, son más comunes y hay alrededor de 100 millones solo en la Vía Láctea.

Sin embargo, hasta ahora solo se han confirmado unos pocos, y casi todos están “activos”, lo que significa que brillan intensamente en rayos X mientras consumen material de una estrella compañera cercana, en lugar de estar inactivos. agujeros negros sin que

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 llamado Gaia BH1. Este agujero negro inactivo tiene unas 10 veces su masa. la masa del sol y a unos 1.600 años luz de distancia en la constelación de Ofiuco, tres veces más cerca de la Tierra que el poseedor del récord anterior, el binario de rayos X en la constelación de Monoceros.

El nuevo descubrimiento fue posible gracias a las cuidadosas observaciones del movimiento de la compañera 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.

“Tómalo sistema solarPonga un agujero negro donde está el sol y un sol donde está la Tierra, y obtendrá este sistema”, explicó Kareem El-Badry, astrofísico del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y el Instituto Max Planck de Astronomía, y líder autor del artículo que describe el descubrimiento.

“Aunque ha habido muchas afirmaciones de detección de tales sistemas, casi todos estos descubrimientos han sido refutados desde entonces. Esta es la primera detección inequívoca de una estrella similar al Sol en una gran órbita alrededor de un agujero negro de masa estelar en nuestra galaxia”. “

Aunque la Vía Láctea tiene millones de agujeros negros de masa estelar girando a su alrededor, los pocos que se han detectado se han detectado como resultado de su interacción energética con un planeta. compañera estrella. A medida que el material de una estrella cercana entra en espiral en el agujero negro, se sobrecalienta y produce potentes rayos X y chorros de material. Si un agujero negro no se alimenta activamente (es decir, está en reposo), 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 esfuerzos anteriores, así como los de otros, han revelado grupos de binarios disfrazados de agujeros negros, pero esta es la primera vez que la búsqueda ha valido la pena”.

El equipo analizó primero los datos de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea para determinar que el sistema alberga potencialmente un agujero negro. Gaia capturó pequeñas perturbaciones en el movimiento de la estrella causadas por la atracción gravitatoria de un gigante invisible. Para estudiar el sistema con más detalle, El-Badri y su equipo recurrieron al espectrógrafo de objetos múltiples Gemini, ubicado al norte de Gemini, que midió la velocidad de la estrella compañera en órbita del 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 objeto central como un agujero negro de unas 10 veces la masa de nuestro sol.

“Nuestras observaciones de Gemini confirman sin lugar a dudas que el binario contiene una estrella normal y al menos un agujero negro inactivo”, agregó El-Badri. “No hemos encontrado ningún escenario astrofísico plausible que pueda explicar la órbita observada de un sistema que no contiene al menos un agujero negro”.

El equipo se basó no solo en las excelentes capacidades de observación de Gemini North, sino también en la capacidad de Gemini para proporcionar información con poca anticipación, ya que el equipo solo tenía una ventana breve para realizar observaciones de seguimiento.

“Cuando obtuvimos la primera indicación de que había un agujero negro en el sistema, estábamos a solo una semana de que los dos objetos estuvieran en su distancia más cercana en sus órbitas. Las mediciones en este punto son fundamentales para hacer estimaciones precisas de masa en el sistema binario. sistema”, dijo El-Badri. “La capacidad de Gemini para proporcionar observaciones de respuesta rápida 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 pudo haber surgido la configuración única del sistema Gaia BH1. Específicamente, la estrella progenitora que luego se convirtió en el agujero negro recién descubierto habría tenido una masa de al menos 20 veces la de nuestro Sol.

Esto significa que solo podría vivir unos pocos millones de años. Si ambas estrellas se hubieran formado al mismo tiempo, esta estrella gigante se habría convertido rápidamente en una supergigante, hinchando y engullendo a la otra estrella antes de que tuviera tiempo de convertirse en una verdadera estrella de secuencia principal que quema hidrógeno como nuestro sol.

Como muestran las observaciones del binario del agujero negro, no está del todo claro cómo una estrella de masa solar podría sobrevivir a este episodio y convertirse en una estrella aparentemente normal. Todos los modelos teóricos que permiten la supervivencia predicen que una estrella de masa solar debería estar en una órbita más estrecha de lo que realmente se observa.

Esto puede indicar lagunas importantes en nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los agujeros negros en los sistemas binarios, y también sugiere la existencia de una población aún no explorada de agujeros negros inactivos en los sistemas binarios.

“Curiosamente, este sistema no encaja fácilmente con los modelos estándar de evolución binaria”, concluyó El-Badri. “Plantea muchas preguntas sobre cómo se formó este sistema binario, así como cuántos de estos sistemas binarios están operativos. agujeros negros hay.”

“Como parte de una red de observatorios espaciales y terrestres, Gemini North no solo ha proporcionado la evidencia más fuerte del agujero negro más cercano hasta la fecha, sino también el primer sistema de agujero negro puro que no está despojado del gas caliente habitual que interactúa con el agujero negro. “, dijo Martin Still del NSF Twins Program.

“Si bien esto apunta potencialmente a futuros descubrimientos de la población predicha de agujeros negros inactivos en nuestra galaxia, las observaciones también dejan un misterio por resolver: ¿por qué la estrella compañera en este sistema binario es tan normal a pesar de una historia compartida con su vecino exótico?”