Descubierta la estrella más cercana a un agujero negro

Ilustración artística de la enana blanca y el agujero negro del sistema X9 en el cúmulo 47 Tucanae. Crédito: NASA/CXC/M.Weiss y A. Bahramian.

Un equipo de astrónomos ha encontrado evidencia de una estrella que orbita un agujero negro dos veces por hora. Esta puede ser la danza orbital más estrecha detectada hasta ahora entre un agujero negro y una estrella.

Este descubrimiento fue realizado utilizando los observatorios NuSTAR y Chandra de la NASA, y el conjunto Australia Telescope Compact Array (ATCA) de CSIRO.

La pareja estelar se encuentra en el cúmulo globular 47 Tucanae, un denso conjunto de estrellas a unos 14.800 años-luz de la Tierra.

Si bien los astrónomos han observado este sistema binario durante años, no fue hasta 2015 que las observaciones de radio con ATCA revelaron que probablemente el par contiene un agujero negro que le roba material a una enana blanca compañera, una estrella de baja masa que ha agotado la mayoría o todo su combustible nuclear.

Nuevos datos de Chandra de este sistema, conocido como X9, muestran que cambia su brillo en rayos X de manera regular cada 28 minutos, lo que probablemente es el tiempo que tarda la estrella compañera en completar una órbita alrededor del agujero negro. Los datos también muestran evidencia de grandes cantidades de oxígeno en el sistema, un rasgo característico de las enanas blancas. Por lo tanto, es posible que la estrella compañera sea una enana blanca que orbita el agujero negro a una distancia solo 2,5 veces la que hay entre la Tierra y la Luna.

“Esta enana blanca está tan cerca del agujero negro que el material está siendo arrancado de la estrella y dejado en un disco de materia alrededor del agujero negro antes de caer en él”, dijo el autor principal Arash Bahramian de la Universidad de Alberta en Edmonton (Canadá) y de la Universidad Estatal de Míchigan en East Lansing (EE.UU.). “Afortunadamente para esta estrella, no creemos que siga este camino hacia el olvido, sino que seguirá en órbita”.

Aunque la enana blanca no parece estar en peligro de caer o ser destrozada por el agujero negro, su destino es incierto.

“Eventualmente, tanta materia será arrancada de la enana blanca que terminará tendiendo solo la masa de un planeta”, dijo el coautor Craig Heinke, también de la Universidad de Alberta. “Si sigue perdiendo masa, la enana blanca podría evaporarse completamente”.

¿Cómo fue que el agujero negro obtuvo una compañera tan cercana? Una posibilidad es que el agujero se encontró con una gigante roja y el gas de las regiones exteriores de la estrella fue eyectado del sistema binario. El núcleo restante de la gigante roja se volvería una enana blanca, la que se convertiría en la compañera del agujero negro. La órbita del sistema se habría reducido a medida que se emitían ondas gravitacionales, hasta que el agujero negro comenzó a arrancar material de la enana blanca.

Las ondas gravitacionales producidas actualmente por el sistema binario tienen una frecuencia demasiado baja para ser detectada con el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), que recientemente detectó ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos agujeros negros. Las fuentes como X9 podrían, potencialmente, ser detectadas con futuros observatorios espaciales de ondas gravitacionales.

Una explicación alternativa de las observaciones es que la enana blanca es compañera de una estrella de neutrones y no de un agujero negro. En este escenario, la estrella de neutrones gira más rápido a medida que saca material de una estrella compañera a través de un disco, un proceso que puede llevar a una estrella de neutrones a girar sobre su eje miles de veces por segundo. Algunos de estos objetos, llamados púlsares transitorios de milisegundos, han sido observados cerca del final de esta fase. Los autores del estudio no están a favor de esta posibilidad ya que los púlsares transitorios de milisegundos tienen propiedades no observadas en X9, tales como una variabilidad extrema en longitudes de rayos X y radio. Sin embargo, no pueden descartar esta explicación.

“Observaremos este sistema binario con detalle en el futuro, dado que sabemos poco sobre cómo debería comportarse un sistema tan extremo”, dijo el coautor Vlad Tudor de la Universidad Curtin el Centro Internacional de Investigación en Radio Astronomía en Perth, Australia. “También seguiremos estudiando los cúmulos globulares de nuestra galaxia para ver si podemos encontrar más evidencias de agujeros negros binarios muy cercanos”.

El estudio “The ultracompact nature of the black hole candidate X-ray binary 47 Tuc X9” fue publicado el 24 de febrero de 2017 por Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fuente: NASA