Estrella expulsada de un cúmulo estelar por un agujero negro inusual

Los agujeros negros de masa pequeña (formados a partir del cadáver de una estrella), como Cygnus X-1, y los agujeros negros supermasivos (que residen en los centros de grandes galaxias), como Sagitario A* en la Vía Láctea, son categorías comunes.

Sin embargo, los agujeros negros con masas intermedias entre las de esas dos categorías, conocidos como agujeros negros de masa mediana o intermedia, son extrañamente escasos (o por algún motivo resultan más difíciles de identificar que los de las otras dos categorías). A menudo se les considera un eslabón perdido en la supuesta evolución de los agujeros negros de masa pequeña hasta los supermasivos. Hasta la fecha, solo se han encontrado unos pocos agujeros negros de masa aparentemente mediana, lo que deja su existencia como una cuestión abierta en astrofísica.

Un equipo encabezado por Yang Huang, de la Universidad de la Academia China de Ciencias, llegó recientemente a la conclusión de que los extraños casos de estrellas que son expulsadas a gran velocidad de sus respectivos cúmulos estelares podrían ser un buen modo de detectar la presencia de un agujero negro de masa intermedia en el cúmulo donde se produzca tal expulsión.

Un agujero negro con suficiente masa (por ejemplo, uno de masa mediana) es capaz de capturar una estrella de un sistema binario, dejando libre a la otra y cortando el vínculo gravitacional entre ambas. La estrella capturada ya no puede ir a ninguna parte excepto a las profundidades del agujero negro, mientras que la otra, al verse liberada súbitamente del tirón gravitacional de su compañera experimenta un efecto comparable al de la acción de una catapulta, y sale despedida en la dirección contraria, alejándose de la zona. Si su velocidad es lo bastante alta, puede incluso salir de su cúmulo estelar o de su galaxia.

Recreación artística de un agujero negro de masa intermedia provocando la expulsión a gran velocidad de una estrella al cortar el vínculo gravitacional que la unía con su compañera binaria, capturada esta última por dicho agujero. (Imagen: Jingchuan Yu / Yang Huang / Xiaoling Yu)

Por otro lado, a los cúmulos globulares se les considera un medio de cultivo excelente para la formación de agujeros negros de masa intermedia, debido a la muy alta densidad poblacional de estrellas que hay en tales cúmulos. En estos lugares, los agujeros negros de masa intermedia podrían formarse a través de dos mecanismos principales. Con el primer mecanismo, las repetidas fusiones entre estrellas producen una estrella supermasiva que al morir se derrumba sobre sí misma y se contrae hasta dar lugar a un agujero negro. Con el segundo mecanismo, las sucesivas fusiones entre agujeros negros de masa estelar (masa pequeña) a lo largo del tiempo conforman gradualmente un agujero negro de masa intermedia.

Mediante un rastreo minucioso de las trayectorias de un millar de estrellas de alta velocidad en nuestra galaxia, Huang y sus colegas descubrieron que la estrella de alta velocidad J0731+3717 fue expulsada del cúmulo globular M15 hace aproximadamente 20 millones de años, a una velocidad enorme, de casi 550 kilómetros por segundo. Lo más probable es que esta velocidad de eyección excepcionalmente alta se debiera a ese fenómeno de catapulta cósmica por la separación entre dos estrellas de un sistema binario provocada por un agujero negro, de masa intermedia y ubicado en el centro de M15.

El estudio se titula “A high-velocity star recently ejected by an intermediate-mass black hole in M15”. Y se ha publicado en la revista académica National Science Review. (Fuente: NCYT de Amazings)