Los agujeros negros son una de las fuerzas más increíbles y misteriosas de la naturaleza. Al mismo tiempo, son fundamentales para nuestra comprensión de la astrofísica. Los agujeros negros no solo son el resultado de estrellas particularmente masivas que se vuelven supernovas al final de sus vidas, sino que también son clave para nuestra comprensión de la Relatividad General y se cree que han jugado un papel en la evolución cósmica.
Debido a esto, los astrónomos han tratado diligentemente de crear un censo de agujeros negros en la galaxia de la Vía Láctea durante muchos años. Sin embargo, una nueva investigación indica que los astrónomos pueden haber pasado por alto toda una clase de agujeros negros. Esto proviene de un descubrimiento reciente en el que un equipo de astrónomos observó un agujero negro que tiene poco más de tres masas solares, lo que lo convierte en el agujero negro más pequeño descubierto hasta la fecha.
El estudio, "Un sistema binario de estrella gigante de agujero negro de baja masa que no interactúa", apareció recientemente en la revista Ciencias. El equipo responsable estaba dirigido por astrónomos de la Universidad Estatal de Ohio e incluía miembros del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica, Los Observatorios de la Institución Carnegie para la Ciencia, el Centro de Cosmología Oscura y múltiples observatorios y universidades.
El descubrimiento fue especialmente notable porque identificó un objeto que los astrofísicos previamente no sabían que existía. Como resultado, los científicos ahora se ven obligados a reconsiderar lo que creían saber sobre la población de agujeros negros en nuestra galaxia. Como explicó Todd Thompson, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Ohio y autor principal del estudio:
"Estamos mostrando esta pista de que hay otra población por ahí que todavía tenemos que investigar en la búsqueda de agujeros negros". La gente está tratando de entender las explosiones de supernovas, cómo explotan las estrellas negras supermasivas, cómo se formaron los elementos en estrellas supermasivas. Entonces, si pudiéramos revelar una nueva población de agujeros negros, nos diría más sobre qué estrellas explotan, cuáles no, cuáles forman agujeros negros, cuáles forman estrellas de neutrones. Abre una nueva área de estudio ".
Debido a la influencia que tienen sobre el espacio y el tiempo, los astrónomos han estado buscando durante mucho tiempo agujeros negros y estrellas de neutrones. Dado que también son lo que resulta cuando mueren las estrellas, también podrían proporcionar información sobre los ciclos de vida de las estrellas y cómo se forman los elementos. Para hacer eso, los astrónomos primero deben determinar dónde se encuentran los agujeros negros en nuestra galaxia, lo que requiere que sepan qué buscar.
Una forma de encontrarlos es buscar sistemas binarios, donde dos estrellas están en órbita entre sí debido a su gravedad mutua. Cuando una de estas estrellas sufre un colapso gravitacional cerca del final de su vida, colapsará para formar una estrella de neutrones o un agujero negro. Si la estrella compañera ha alcanzado la Fase de la Rama Roja (RBP) de su evolución, se expandirá considerablemente.
Esta expansión dará como resultado que el gigante rojo quede sujeto a su agujero negro o compañero de estrella de neutrones. Esto dará como resultado que el material sea extraído de la superficie de la primera y lentamente consumido por la segunda. Esto se evidencia por el calor y los rayos X que se emiten a medida que el material de la estrella se acumula en su compañero de agujero negro.
Hasta ahora, todos los agujeros negros en nuestra galaxia identificados por los astrónomos tenían entre cinco y quince masas solares. Las estrellas de neutrones, por el contrario, generalmente no son más grandes que aproximadamente 2.1 masas solares, ya que cualquier cosa más grande que 2.5 masas solares se colapsaría para formar un agujero negro. Cuando LIGO y Virgo detectaron conjuntamente ondas gravitacionales causadas por una fusión de agujeros negros, tenían 31 y 25 masas solares, respectivamente.
Esto demostró que los agujeros negros podrían ocurrir fuera de lo que los astrónomos consideraban que era el rango normal. Como dijo Thompson:
"Inmediatamente, todos pensaron" wow ", porque era una cosa espectacular. No solo porque demostró que LIGO funcionaba, sino porque las masas eran enormes. Los agujeros negros de ese tamaño son un gran problema, no los habíamos visto antes ".
Este descubrimiento inspiró a Thompson y sus colegas a considerar la posibilidad de que pudiera haber objetos sin descubrir que residieran entre las estrellas de neutrones más grandes y los agujeros negros más pequeños. Para investigar esto, comenzaron a combinar datos del Experimento de Evolución Galáctica del Observatorio del Punto Apache (APOGEE), un estudio astronómico que recolecta espectros de aproximadamente 100,000 estrellas en toda la galaxia.
Thompson y sus colegas examinaron este espectro en busca de signos de cambios que indicaran si una estrella podría estar orbitando alrededor de otro objeto. Específicamente, si una estrella mostrara signos de cambio Doppler, donde sus espectros alternarán entre el cambio hacia el extremo más azul y luego las longitudes de onda más rojas, esto sería una indicación de que podría estar orbitando a un compañero invisible.
Este método es uno de los medios más efectivos y populares para determinar si una estrella tiene un sistema de planetas en órbita. Cuando los planetas orbitan una estrella, ejercen una fuerza gravitacional sobre ella que hace que se mueva hacia adelante y hacia atrás. Thompson y sus colegas utilizaron este mismo tipo de cambio para determinar si alguna de las estrellas APOGEE podría estar orbitando un agujero negro.
Comenzó con Thompson reduciendo los datos de APOGEE a 200 candidatos que resultaron ser los más interesantes. Luego le dio los datos a Tharindu Jayasinghe (un investigador asociado de posgrado en el estado de Ohio), quien luego usó los datos de la Encuesta Automatizada de Supernovas All-Sky (ASAS-SN), que es administrada por OSU y encontró más de 1,000 supernovas, para recopilar miles de imágenes de cada candidato.
Esto reveló una estrella roja gigante que parecía estar orbitando algo que era mucho más pequeño que cualquier agujero negro conocido, pero mucho más grande que cualquier estrella de neutrones conocida. Después de combinar los resultados con datos adicionales del Espectrógrafo Echelle Reflector Tillinghast (TRES) y el satélite Gaia, se dieron cuenta de que habían encontrado un agujero negro de aproximadamente 3,3 veces la masa del Sol.
Este resultado no solo confirma la existencia de una nueva clase de agujero negro de baja masa, sino que también proporciona un nuevo método para localizarlos. Como Thompson explicó:
"Lo que hemos hecho aquí es encontrar una nueva forma de buscar agujeros negros, pero también hemos identificado potencialmente uno de los primeros de una nueva clase de agujeros negros de baja masa que los astrónomos no conocían anteriormente". Las masas de cosas nos cuentan sobre su formación y evolución, y nos cuentan sobre su naturaleza ".
