Descubren el agujero negro más cercano a la Tierra

El enorme objeto cósmico se encuentra en un sistema estelar observable a simple vista.

Thursday, May 7, 2020,
Por Michael Greshko
Sistema estelar triple HR 6819

 

Esta ilustración muestra las órbitas de los objetos en el sistema estelar triple HR 6819. El sistema consta de una estrella interior (órbita en azul) y un agujero negro (órbita en rojo), así como una tercera estrella en una órbita más amplia (también en azul).

Fotografía de ESO/L. Calçada

Durante el invierno del hemisferio sur, un punto azul de luz en la constelación Telescopium resplandece en el firmamento. Este puntito brillante, que parece una estrella, es en realidad dos estrellas que orbitan cerca, acompañadas del agujero negro más próximo a la Tierra.

El agujero negro, descubierto recientemente, se encuentra en el sistema estelar HR 6819, a casi 1011 años luz de nuestro sistema solar. El objeto invisible, revelado en la revista Astronomy & Astrophysics, se encuentra en órbita con dos estrellas visibles. Se estima que tiene en torno al cuádruple de la masa del sol y que se encuentra casi 2500 años luz más cerca que el siguiente agujero negro.

«Parece que ha estado oculto a plena vista. Es un [sistema] estelar tan brillante que lo han estudiado desde los años 80, pero parece que ha dado algunas sorpresas», afirma el astrónomo Kareem El-Badry, estudiante de doctorado de la Universidad de California, Berkeley, que se especializa en sistemas binarios, pero que no participó en el estudio.

HR 6819 puede verse en el centro de esta imagen del cielo de campo amplio creada con imágenes que forman parte de la Digitized Sky Survey 2. Las dos estrellas están tan cerca que parecen una y el sistema triple también incluye el agujero negro más próximo a la Tierra descubierto hasta la fecha.

Fotografía de ESO/Digitized Sky Survey 2. Agradecimiento: Davide De Martin

A escala humana, mil años luz es una distancia inmensa. Si se escalara un modelo de la Vía Láctea de forma que la Tierra y el Sol estuvieran separados por la anchura de un pelo, HR 6819 se encontraría a unos seis kilómetros. Pero en la gran estructura de la galaxia, cuyo diámetro mide más de 100 000 años luz, HR 6819 está bastante cerca y sugiere que la Vía Láctea está plagada de agujeros negros.

«Si encuentras uno muy cerca de ti y asumes que no eres especial, entonces deben de estar por todas partes», afirma Thomas Rivinius, autor principal del estudio y astrónomo del Observatorio Europeo Austral en Chile (ESO, por sus siglas en inglés).

Agujeros negros con estrellas

Durante años, se ha estimado que la Vía Láctea alberga cientos de millones de agujeros negros, objetos extremadamente densos cuyos campos gravitatorios son tan intensos que ni siquiera puede escapar la luz. Pero encontrar estos objetos oscuros ha sido muy difícil. Se han detectado decenas de agujeros negros en la galaxia «alimentándose» de nubes de gas cercanas, un proceso que emite rayos X cuando el material se arremolina alrededor de los bordes del agujero negro. En cambio, la mayoría de los agujeros negros de nuestra galaxia son invisibles, así que el único modo de encontrarlos es observar sus efectos gravitacionales sobre los objetos que los rodean.

Los astrónomos que estudian HR 6819 no estaban buscando agujeros negros. Solo querían estudiar un par de estrellas extrañas que se orbitan entre sí.

La estrella exterior, conocida como estrella Be, tiene mucha más masa que el Sol y es más cálida y azul. En el ecuador, la superficie de la estrella gira a más de 480 kilómetros por segundo, o más de 200 veces la velocidad del ecuador del Sol. «Rotan con tanta rapidez que el material prácticamente vuela solo», afirma Rivinius.

En 2004, una campaña de observación de HR 6819 de cuatro meses con el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros en el Observatorio de La Silla, en Chile, reveló indicios de que el sistema no era un par binario normal. La estrella interior «normal» parecía orbitar otro objeto una vez cada 40,3 días, mientras que la estrella Be más grande orbitaba a mucha más distancia, tanto alrededor de la estrella interior como el tercer objeto misterioso.

Cinco años después, Stan Štefl del Observatorio Europeo Austral dirigió una iniciativa para revisar las observaciones, que contenían pistas de que había un agujero negro acechando en HR 6819. Sin embargo, Štefl falleció en un accidente de coche en 2014, lo que paralizó el trabajo.

En noviembre de 2019, Rivinius, experto en estrellas Be y colega de Štefl durante años, consideró que había nuevos motivos para reexaminar HR 6819. Un grupo independiente había publicado un estudio que detallaba un sistema estelar llamado LB-1 con un agujero negro unas 70 veces más masivo que nuestro Sol. El trabajo dejó a muchos boquiabiertos. Por lo que saben los físicos sobre la formación de los agujeros negros de masa estelar (los que se crean tras la supernova de una estrella inmensa), la formación de agujeros negros de esa masa no debería ser posible. Cuando muere una estrella lo bastante grande como para producir agujeros negros de ese tamaño, explota de tal modo que los restos resultantes pueden volver a colapsar sobre sí mismos.

Sin embargo, el equipo de Rivinius se percató de que los datos de LB-1 se parecían mucho a lo que habían observado años antes con HR 6819. Decidieron caracterizar el tercer objeto misterioso del sistema y, según los cálculos de la órbita y el brillo de la estrella interior, determinaron que el objeto invisible era al menos 4,2 veces más masivo que nuestro Sol, algo similar a otros agujeros negros conocidos de la Vía Láctea.

Un objetivo invisible

Si el objeto tiene unas cuatro masas solares, no puede ser una estrella normal, ya que si fuera tan grande sería «muy fácil detectarla», explica el coautor del estudio Dietrich Baade, científico emérito del ESO. También es demasiado masivo para ser una estrella de neutrones, los núcleos estelares densos que quedan tras las explosiones de supernovas.

Solo un tipo de objeto podría explicar el resultado: un agujero negro.

Sin embargo, El-Badry señala que todos los estudios de sistemas como HR 6819, con varios objetos cercanos, se enfrentan a un par de fuentes de error potenciales. La estrella Be exterior y la estrella interior de HR 6819 están demasiado cerca para distinguirse con un telescopio óptico. Solo pueden identificar las dos estrellas según los diferentes espectros de luz que emiten.

En algunos casos, las estrellas más antiguas «despojadas» del hidrógeno exterior pueden imitar la apariencia de estrellas más jóvenes y masivas. Si la estrella interior de HR 6819 es una imitación, los investigadores tendrían que recalcular la supuesta masa del agujero negro.

En trabajos posteriores, los investigadores dirigidos por el coautor Petr Hadrava quieren «desenmarañar» la luz que emite HR 6819 y revelar el espectro exacto de las dos estrellas, lo que debería precisar sus identidades. El-Badry añade que el telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea, que está creando un mapa de la Vía Láctea con una precisión sin precedentes, podría proporcionar más detalles sobre las órbitas de HR 6819. Y como el sistema es tan próximo, los astrónomos podrían identificar las dos estrellas individuales empleando una técnica denominada interferometría, que vincula varios telescopios, algo similar a la red de telescopios que consiguió la primera imagen de la silueta de un agujero negro supermasivo.

«Normalmente, cuando hay un agujero negro con una estrella alrededor, lo que vemos es la estrella circulando alrededor del agujero negro», afirma Marianne Heida, coautora del estudio e investigadora posdoctoral del ESO. «Este está tan cerca que deberíamos ser capaces de observar el movimiento y eso quiere decir que entenderíamos mejor la masa del agujero negro, si todo va bien».

Mientras los investigadores planean sus próximos movimientos, también están conmemorando a Štefl, el impulsor responsable del hallazgo del agujero negro. «Stan era muy precavido», afirma Rivinius con una sonrisa. «Si me viera ahora, probablemente me diría: “¿Estás seguro?”».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.

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