Descubren el agujero negro más pequeño del universo

Los agujeros negros son una parte importante de cómo los astrofísicos le dan sentido al universo, tan importante que los científicos han estado tratando de construir un censo de todos los agujeros negros en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Pero una nueva investigación de la Universidad Estatal de Ohio (USA) sugiere que esta búsqueda podría haberse perdido una clase completa de agujeros negros que no se sabía que existían.

En un estudio publicado en la revista Science, los astrónomos muestran que es posible que haya una clase de agujeros negros más pequeños que los agujeros negros más pequeños conocidos en el universo.

Los agujeros negros tienen tirones gravitacionales tan feroces que nada, ni la materia ni la radiación, pueden escapar. Los agujeros negros se forman cuando algunas estrellas mueren, se contraen y explotan.

Además de agujeros negros, los astrónomos también han estado buscando estrellas de neutrones, estrellas pequeñas y densas que se forman cuando algunas estrellas mueren y colapsan. Ambos podrían contener información interesante sobre cómo las estrellas viven y mueren.

Pero para descubrir esa información, los astrónomos primero tienen que averiguar dónde están los agujeros negros. Y para descubrir dónde están los agujeros negros, necesitan saber lo que están buscando.

Una pista

Los agujeros negros a menudo existen en algo llamado sistema binario. Esto simplemente significa que dos estrellas están lo suficientemente cerca una de la otra como para estar unidas por la gravedad en una órbita mutua alrededor de la otra.

Cuando una de esas estrellas muere, la otra puede permanecer orbitando el espacio donde estaba la estrella muerta, convertida en un agujero negro o en una estrella de neutrones.

Durante años, los agujeros negros que los científicos conocían tenían entre aproximadamente cinco y 15 veces la masa del sol.

Las estrellas de neutrones conocidas, generalmente no son más grandes en aproximadamente 2.1 veces la masa del sol: si estuvieran por encima de 2.5 veces la masa del sol, colapsarían en un agujero negro.

Pero en el verano de 2017, una investigación del Observatorio de detección de ondas gravitatorias (LIGO) descubrió dos enormes agujeros negros fusionándose en una galaxia situada a unos 1,8 millones de años luz de distancia. Uno de esos agujeros negros era aproximadamente 31 veces la masa del sol; el otro unas 25 veces la masa del sol.

Algunos astrofísicos habían sospechado durante mucho tiempo que los agujeros negros podrían tener tamaños fuera del rango conocido, y el descubrimiento de LIGO demostró que los agujeros negros podrían ser mucho más grandes de lo estimado hasta entonces.

¿También más pequeños?

Pero el descubrimiento dejó al descubierto también otra duda: ¿podrán los agujeros negros ser más pequeños de lo que se ha estimado hasta ahora?

Para resolver ese misterio, el equipo del astrónomo Todd Thompson analizó los datos de APOGEE, el Experimento de Evolución Galáctica del Observatorio Apache Point, que recolectó espectros de luz de alrededor de 100,000 estrellas en la Vía Láctea.

Thompson se dio cuenta de que los espectros podían mostrar si una estrella podría estar orbitando alrededor de otro objeto: los cambios en los espectros, un cambio hacia longitudes de onda más azules, por ejemplo, seguido de un cambio hacia longitudes de onda más rojas, podrían mostrar que una estrella estaba orbitando a un compañero invisible.

Thompson comenzó a revisar los datos, buscando estrellas que mostraran ese cambio, lo que indicaría que podrían estar orbitando un agujero negro.

Luego, redujo los datos de APOGEE a 200 estrellas que podrían ser más interesantes. Su análisis de datos descubrió una estrella roja gigante en rotación rápida, ubicada a unos 10.000 años luz de la Tierra, en el borde de nuestra galaxia (cerca de la constelación Auriga).

Esa estrella parecía estar orbitando algo, pero ese algo, según sus cálculos, era probablemente mucho más pequeño que los agujeros negros conocidos en la Vía Láctea, aunque también mucho más grande que la mayoría de las estrellas de neutrones conocidas.

Después de más cálculos y datos adicionales del Espectrógrafo Echelle Reflector Tillinghast y del satélite Gaia, el equipo de Thompson se dio cuenta de que habían encontrado un agujero negro de baja masa, probablemente de solo unas 3,3 veces la masa del sol.

“Lo que hemos hecho aquí es encontrar una nueva forma de buscar agujeros negros, pero también hemos identificado potencialmente el primero de una nueva clase de agujeros negros de baja masa que los astrónomos no conocían anteriormente”, señala Thompson en un comunicado.

Referencia bibliográfica:

A noninteracting low-mass black hole–giant star binary system. Todd A. Thompson et al. Science  01 Nov 2019: Vol. 366, Issue 6465, pp. 637-640. DOI: 10.1126/science.aau4005