30/03/2023
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En breve
La misión Gaia de la ESA ha ayudado a encontrar un nuevo tipo de orificio negro. La nueva familia ya tiene dos miembros, y ambos están más cerca de la Tierra que cualquier otro orificio negro que conozcamos.
Un equipo de astrónomos estudió las órbitas de las estrellas rastreadas por Gaia y notó que algunas de ellas se tambaleaban en el cielo, como si estuvieran influenciadas gravitacionalmente por objetos masivos. Varios telescopios buscaron los objetos, pero no se pudo encontrar luz, dejando solo una posibilidad: agujeros negros.
en profundidad
Nueva población de agujeros negros
Usando datos de la misión Gaia de la ESAlos astrónomos han descubierto no sólo el más cercano pero también el segundo orificio negro más cercano a la Tierra. Los agujeros negros, Gaia BH1 y Gaia BH2, están ubicados respectivamente a solo 1560 años luz de nosotros en dirección a la constelación de Ofiuco y a 3800 años luz de distancia en la constelación de Centauro. En términos galácticos, estos agujeros negros residen en nuestro patio trasero cósmico.
Los dos agujeros negros fueron descubiertos al estudiar el movimiento de sus estrellas compañeras. Un extraño ‘bamboleo’ en el movimiento de las estrellas en el cielo indicó que están orbitando un objeto muy masivo. En ambos casos, los objetos son aproximadamente diez veces más masivos que nuestro Sol. Se descartaron otras explicaciones para estos compañeros masivos, como los sistemas de estrellas dobles, ya que no parecen emitir ninguna luz.
Hasta hace poco, todos los agujeros negros que conocían los astrónomos fueron descubiertos por emisión de luz, generalmente en rayos X y longitudes de onda de radio, producida por el material que cae. Los nuevos agujeros negros son realmente negros y solo pueden detectarse por sus efectos gravitacionales. La distancia de las estrellas al orificio negro y las órbitas de las estrellas a su alrededor son mucho más largas que las de otros sistemas binarios conocidos de agujeros negros y estrellas. Esos pares de estrellas y agujeros negros más cercanos, llamados binarios de rayos X, tienden a ser muy brillantes en rayos X y luz de radio y, por lo tanto, son más fáciles de encontrar. Pero los nuevos descubrimientos sugieren que los agujeros negros en binarias más amplias son más comunes.
“Lo que diferencia a este nuevo grupo de agujeros negros de los que ya conocíamos es su amplia separación de sus estrellas compañeras. Es probable que estos agujeros negros tengan una historia de formación completamente diferente a la de los binarios de rayos X”, explica Kareem El-Badry, descubridor de los nuevos agujeros negros e investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian en EE. UU. y del Instituto Max-Planck de Astronomía. en Heidelberg, Alemania.
Movimiento de miles de millones de estrellas.
Los agujeros negros fueron descubiertos utilizando datos de Gaia. Gaia mide con precisión las posiciones y movimientos de miles de millones de estrellas. El movimiento de las estrellas contra el cielo puede dar pistas esenciales sobre los objetos que influyen gravitacionalmente en estas estrellas. Estos objetos pueden incluir otras estrellas, exoplanetas y también agujeros negros.
“La precisión de los datos de Gaia fue esencial para este descubrimiento. Los agujeros negros se encontraron al detectar el pequeño bamboleo de su estrella compañera mientras orbitaba a su alrededor. Ningún otro instrumento es capaz de tales mediciones”, dice Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA.
Gaia proporcionó mediciones precisas del movimiento en tres direcciones, pero para comprender con mayor precisión cómo se alejaban y acercaban las estrellas a nosotros, se necesitaban mediciones adicionales de la velocidad radial. Los observatorios terrestres proporcionaron estos para los agujeros negros recién descubiertos, y esto dio la pista final para concluir que los astrónomos habían detectado agujeros negros.
Gaia descubre un orificio negro único
Agujeros negros invisibles
Los agujeros negros a menudo no son completamente invisibles. Cuando el material cae sobre ellos, pueden emitir luz en radio y rayos X. Para el segundo orificio negro de Gaia, el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el radiotelescopio Sudafricano MeerKAT en tierra buscaron esta luz, pero no pudieron detectar ninguna señal.
“Aunque no detectamos nada, esta información es increíblemente valiosa porque nos dice mucho sobre el entorno que rodea a un agujero negro. Hay muchas partículas que salen de la estrella compañera en forma de viento estelar. Pero debido a que no vimos ninguna luz de radio, eso nos dice que el agujero negro no es un gran devorador y que no hay muchas partículas cruzando su horizonte de eventos. ¡No sabemos por qué, pero queremos averiguarlo!”. dice Yvette Cendes, quien ayudó a encontrar el segundo orificio negro y es astrónoma en el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian en los EE. UU.
El nuevo tipo de orificio negro no emite luz, lo que los hace prácticamente invisibles, probablemente porque están mucho más lejos de sus estrellas compañeras. Gaia BH1 y Gaia BH2 tienen las órbitas más separadas de todos los agujeros negros conocidos. El hecho de que también sean los agujeros negros conocidos más cercanos a la Tierra sugiere que todavía hay muchos más agujeros negros similares en binarios anchos esperando ser descubiertos.
“Esto es muy emocionante porque ahora implica que estos agujeros negros en órbitas amplias son en realidad comunes en el espacio, más comunes que los binarios donde el agujero negro y la estrella están más cerca. Pero el problema es detectarlos. La buena noticia es que Gaia aún está tomando datos, y su próxima publicación de datos (en 2025) contendrá muchas más de estas estrellas con misteriosos compañeros de agujeros negros”, explica Yvette.
La próxima publicación de datos de Gaia se basará en 66 meses de observaciones y contendrá información mejorada sobre las órbitas de las estrellas. Mientras tanto, los astrónomos estarán ocupados averiguando de dónde provienen estos agujeros negros en órbitas anchas.
Kareem El-Badry señala: “Sospechábamos que podrían existir agujeros negros en sistemas más amplios, pero no estábamos seguros de cómo se habrían formado. Su descubrimiento significa que debemos adaptar nuestras teorías sobre la evolución de los sistemas estelares binarios, ya que aún no está claro cómo se forman estos sistemas”.
“El Consorcio de Análisis y Procesamiento de Datos de Gaia está desarrollando métodos para identificar binarios astrométricos con compañeros compactos. Esperamos proporcionar una buena muestra de candidatos en la próxima publicación de datos de Gaia”, dice Tsevi Mazeh, miembro del equipo de la Universidad de Tel Aviv. La comunidad científica espera expandir aún más esta nueva población de agujeros negros inactivos.
Notas para los editores:
«Una gigante roja orbitando un agujero negro» de Kareem El-Badry et al., se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stad799
“Imagen de la semana: el primer descubrimiento de un agujero negro de Gaia: Gaia BH1” de Tineke Roegiers.
El 13 de junio de 2022, Gaia publicó, por primera vez, los resultados de su procesamiento de estrellas no únicas. El Encuesta de estrellas binarias de Gaia supera todo el trabajo sobre estrellas binarias de los últimos dos siglos. Estos dos agujeros negros se encontraron investigando dos de las soluciones de este catálogo de más de 813 000 sistemas estelares binarios. Se espera que Gaia Data Release 4 aumente aún más la precisión de las soluciones de estrellas binarias, posiblemente revelando muchos candidatos más interesantes para el seguimiento.
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