Los astrónomos han descubierto el agujero negro más cercano a la Tierra, que han bautizado como Gaia BH1. El agujero negro inactivo pesa unas 10 veces la masa del Sol y se encuentra a unos 1.600 años luz de distancia en la constelación de Ofiuco, lo que lo hace tres veces más cercano a la Tierra que el anterior poseedor del récord, una binaria de rayos X en la constelación de Monoceros.
El descubrimiento fue posible gracias a las observaciones del movimiento de la compañera del agujero negro, una estrella similar al Sol que orbita alrededor del agujero negro a la misma distancia que la Tierra orbita alrededor del Sol.
Tomemos el Sistema Solar, pongamos un agujero negro donde está el Sol, y el Sol donde está la Tierra, y obtendremos este sistema, explica Kareem El-Badry, astrofísico del Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian y del Instituto Max Planck de Astronomía, y autor principal del artículo que describe este descubrimiento. Aunque se ha afirmado que se han detectado muchos sistemas como éste, casi todos estos descubrimientos han sido refutados posteriormente. Esta es la primera detección inequívoca de una estrella similar al Sol en una órbita amplia alrededor de un agujero negro de masa estelar en nuestra galaxia.
Los agujeros negros son los objetos más extremos del universo. Las versiones supermasivas de estos objetos inimaginablemente densos probablemente residen en los centros de todas las grandes galaxias. Los agujeros negros de masa estelar -que pesan aproximadamente entre cinco y cien veces la masa del Sol- son mucho más comunes, y se calcula que hay unos 100 millones sólo en la Vía Láctea. Sin embargo, sólo se han confirmado unos pocos hasta la fecha, y casi todos ellos son “activos”, lo que significa que brillan en rayos X al consumir material de una compañera estelar cercana, a diferencia de los agujeros negros inactivos, que no lo hacen.
Aunque es probable que haya millones de agujeros negros de masa estelar vagando por la Vía Láctea, los pocos que se han detectado fueron descubiertos por sus interacciones energéticas con una estrella compañera. Cuando el material de una estrella cercana se acerca en espiral al agujero negro, se sobrecalienta y genera potentes rayos X y chorros de material. Si un agujero negro no se alimenta activamente (es decir, está inactivo), simplemente se funde con su entorno.
“He estado buscando agujeros negros inactivos durante los últimos cuatro años utilizando una amplia gama de conjuntos de datos y métodos, dice El-Badry. Mis intentos anteriores -así como los de otros- dieron como resultado una colección de sistemas binarios que se hacen pasar por agujeros negros, pero ésta es la primera vez que la búsqueda da sus frutos”, señaló.
El equipo identificó originalmente el sistema como posible sede de un agujero negro analizando los datos de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea. Gaia captó las diminutas irregularidades en el movimiento de la estrella causadas por la gravedad de un objeto masivo invisible.
Para explorar el sistema con más detalle, el equipo realizó 39 observaciones a lo largo de cuatro meses, tomadas con seis telescopios diferentes de todo el mundo.
La primera observación se realizó en julio a través de una asignación de telescopios del Centro de Astrofísica, utilizando el telescopio Magallanes Baade de 6,5 metros del Observatorio Las Campanas, en Chile. Después de que esta observación sugiriera que la binaria podría contener un agujero negro, el equipo presentó varias propuestas de tiempo discrecional del director -o solicitudes de observación de tiempo crítico- para estudiar el sistema con otros telescopios, que ofrecerían una serie de ventajas, como una mayor resolución espectral y sensibilidad a las longitudes de onda del ultravioleta y el infrarrojo cercano.
Uno de esos telescopios a los que recurrió el equipo fue el instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph, situado en Gemini North en Hawai y que es operado por el NOIRLab de la NSF (Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos). Las observaciones de seguimiento de Gemini ayudaron a limitar el movimiento orbital y, por tanto, las masas de los dos componentes del sistema binario, lo que permitió al equipo identificar el cuerpo central como un agujero negro aproximadamente 10 veces más masivo que nuestro Sol.
“Nuestras observaciones de seguimiento de Gemini confirmaron sin lugar a dudas que la binaria contiene una estrella normal y al menos un agujero negro inactivo”, explica El-Badry, añadiendo: “No pudimos encontrar ningún escenario astrofísico plausible que pueda explicar la órbita observada del sistema que no implique al menos un agujero negro”.
Los datos de estas observaciones pusieron en evidencia el sistema y descartaron todos los modelos que no implicaran un agujero negro.
Los modelos actuales de los astrónomos sobre la evolución de los sistemas binarios tienen dificultades para explicar cómo pudo surgir la peculiar configuración del sistema Gaia BH1. En concreto, la estrella progenitora que posteriormente se convirtió en el agujero negro recién detectado habría sido al menos 20 veces más masiva que nuestro Sol. Esto significa que sólo habría vivido unos pocos millones de años. Si ambas estrellas se formaron al mismo tiempo, esta estrella masiva se habría convertido rápidamente en una supergigante, hinchándose y engullendo a la otra estrella antes de que ésta tuviera tiempo de convertirse en una estrella propia de la secuencia principal, que quema hidrógeno, como nuestro Sol.
No está nada claro cómo la estrella de masa solar pudo sobrevivir a ese episodio, terminando como una estrella aparentemente normal, como indican las observaciones del agujero negro binario. Los modelos teóricos que sí permiten la supervivencia predicen que la estrella de masa solar debería haber terminado en una órbita mucho más estrecha que la observada.
Esto podría indicar que existen importantes lagunas en la comprensión de los científicos sobre cómo se forman y evolucionan los agujeros negros en los sistemas binarios, y también sugiere la existencia de una población aún inexplorada de agujeros negros inactivos en las binarias.
Es interesante que este sistema no se adapte fácilmente a los modelos estándar de evolución de las binarias, concluye El-Badry. Plantea muchas preguntas sobre cómo se formó este sistema binario, así como sobre cuántos de estos agujeros negros inactivos hay por ahí.