Descubren un extraño agujero negro que se formó sin explosión aparente de su estrella

Este es además el primer agujero negro de masa estelar inactivo detectado inequívocamente fuera de nuestra galaxia.

Un equipo internacional con amplia experiencia, reconocido por refutar varios descubrimientos de agujeros negros, ha descubierto un agujero negro de masa estelar en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia vecina de la nuestra. Tal y como afirma el autor principal del estudio, Tomer Shenar, "Por primera vez, nuestro equipo se reunió para dar a conocer el descubrimiento de un agujero negro en vez de refutarlo". Además, descubrieron que la estrella que dio origen al agujero negro desapareció sin ningún signo de explosión potente. Una explosión de tal potencia, conocida como supernova, acompaña normalmente a la muerte de la estrella masiva y al nacimiento de un agujero negro a partir del cadáver estelar. El descubrimiento se realizó gracias a seis años de observaciones obtenidas con el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO).

"Identificamos una 'aguja en un pajar'", confirma Shenar, quien comenzó el estudio en la Universidad Católica de Lovaina (KU Leuven) en Bélgica y ahora cuenta con una beca Marie Curie en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). Aunque anteriormente ya se propusieron otros candidatos similares a agujeros negros, el equipo afirma que este es el primer agujero negro de masa estelar "inactivo" que se detecta inequívocamente fuera de nuestra galaxia.

Los agujeros negros de masa estelar se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas y se derrumban sobre sí mismas por acción de su propia gravedad. En un sistema binario (un sistema de dos estrellas que giran una alrededor de la otra), este proceso deja un agujero negro en órbita con una estrella compañera luminosa. El agujero negro está "inactivo" si no emite altos niveles de radiación de rayos X, que es la forma en que normalmente se detectan dichos agujeros negros. "Es increíble que apenas sepamos de la existencia de estos agujeros negros inactivos, dado lo comunes que la comunidad astronómica supone que son”, explica Pablo Marchant, de la KU Leuven y miembro del equipo de investigación. El agujero negro recién encontrado tiene al menos nueve veces la masa de nuestro Sol y orbita a una estrella azul caliente cuy masa es de unas 25 veces la del Sol.

Los agujeros negros inactivos son particularmente difíciles de detectar ya que no interactúan mucho con su entorno. "Durante más de dos años, hemos estado buscando este tipo de sistemas binarios con agujeros negros", afirma Julia Bodensteiner, coautora del estudio e investigadora del ESO en Alemania. "Me emocioné mucho cuando conocí los datos sobre VFTS 243, que en mi opinión es el candidato más convincente reportado hasta la fecha.

Esta reproducción artística muestra cómo se vería el sistema binario VFTS 243 si lo estuviéramos observando de cerca. El sistema, que se encuentra en la Nebulosa de la Tarántula, en la Gran Nube de Magallanes, está compuesto por una estrella azul caliente con 25 veces la masa del Sol y un agujero negro, que tiene al menos 9 veces la masa del Sol. Los tamaños de los dos componentes de este sistema binario no están a escala: en realidad, la estrella azul es aproximadamente 200.000 veces más grande que el agujero negro. Hay que tener en cuenta que el efecto de "lente" que vemos alrededor del agujero negro se muestra solo con fines ilustrativos, con el fin de que este objeto oscuro sea más perceptible en la imagen. La inclinación del sistema significa que, al mirarlo desde la Tierra, no podemos observar el agujero negro eclipsando a la estrella. (Imagen: ESO / L. Calçada)

Para encontrar a VFTS 243, el equipo de investigación buscó casi 1000 estrellas masivas en la región de la Nebulosa de la Tarántula de la Gran Nube de Magallanes, buscando las que podrían tener agujeros negros como compañeros. Identificar a estos compañeros como agujeros negros es extremadamente difícil, ya que existen muchas posibilidades alternativas.

"Como investigador que ha refutado posibles agujeros negros en los últimos años, era extremadamente escéptico con respecto a este descubrimiento", dice Shenar. El escepticismo fue compartido por Kareem El-Badry, del equipo de investigación y del Centro de Astrofísica que depende de la Universidad Harvard y del Instituto Smithsoniano, en Estados Unidos. Shenar llama coloquialmente el "destructor de agujeros negros" a Kareem El-Badry.

"Cuando Tomer me pidió que revisara sus hallazgos, tuve mis dudas. Pero no pude encontrar una explicación plausible para los datos que no involucraran un agujero negro", explica El-Badry.

El descubrimiento también ofrece al equipo una visión única de los procesos que acompañan la formación de agujeros negros. La comunidad astronómica cree que un agujero negro de masa estelar se forma a medida que el núcleo de una estrella masiva moribunda colapsa, pero sigue sin quedar claro si este proceso siempre va acompañado por una potente explosión de supernova.

"La estrella que formó el agujero negro en VFTS 243 parece haber colapsado por completo, sin signos de una explosión anterior", explica Shenar. "La evidencia de este escenario de 'colapso directo' ha surgido recientemente, pero podría decirse que nuestro estudio proporciona una de las indicaciones más claras. Esto tiene enormes implicaciones para el origen de las fusiones de agujeros negros en el cosmos".

El agujero negro de VFTS 243 se encontró utilizando seis años de observaciones de la Nebulosa de la Tarántula llevadas a cabo por el instrumento FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph, espectrógrafo multielemento de gran matriz de fibras), instalado en el VLT del ESO.

El estudio se titula “An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud”. Y se publica en la revista académica Nature Astronomy (Fuente: ESO. CC BY 4.0)