Ilustración artística de un agujero negro aislado (o solitario) distorsionando la vista de las estrellas de fondo. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard (NASA); imagen de fondo: ESA/Gaia/DPAC.
Un grupo de astrónomos podría haber detectado y medido la masa por primera vez de un agujero negro de masa estelar solitario, según un nuevo estudio.
Investigaciones previas sugerían que cuando las estrellas gigantes de más de 20 veces la masa del Sol alcanzan el final de sus vidas, generalmente mueren en catastróficas explosiones conocidas como supernovas, y se espera que sus núcleos densos colapsen para convertirse en agujeros negros.
Se estima que las estrellas suficientemente grandes para crear agujeros negros son una de cada mil estrellas, lo que sugiere que en la Vía Láctea “debería haber alrededor de 100 millones de agujeros negros de masa estelar”, dijo a Space.com Kailash Sahu, astrofísico del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Los agujeros negros de masa estelar tienen unas pocas veces la masa del Sol, a diferencia de los supermasivos de miles de millones de masas solares.
Hasta ahora, todos los agujeros negros de masa estelar detectados hasta la fecha existían en sistemas binarios con compañeros tales como estrellas de neutrones. En contraste, la mayoría de los agujeros negros de masa estelar de la Vía Láctea deberían ser solitarios, indicó Sahu.
Sin embargo, “nadie había sido capaz de encontrar un agujero negro aislado”, dijo Sahu. Como su nombre sugiere, los agujeros negros absorben cualquier luz que caiga en ellos, haciéndolos difíciles de detectar en la oscuridad del espacio. Los agujeros negros son más fáciles de detectar en sistemas binarios debido a que sus interacciones con sus compañeros pueden generar luz u ondas gravitacionales cuyas propiedades señalan la presencia de un agujero negro. Por el contrario, los agujeros negros aislados carecen de tales compañeros que ayuden a revelar su existencia.
Ahora, con la ayuda del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, los científicos han descubierto un agujero negro solitario de masa estelar a unos 5.150 años luz de la Tierra, en dirección del centro de la Vía Láctea.
“Ahora sabemos que los agujeros negros aislados existen”, dijo Sahu. “Y tienen masas similares a las de los agujeros negros encontrados en [sistemas] binarios. Y debe haber muchos de ellos allá fuera”.
La clave detrás de este descubrimiento es cómo los poderosos campos gravitacionales, como los de los agujeros negros, deforman el tejido del espacio y el tiempo. Como tales, pueden actuar como lupas, un fenómeno conocido como “lente gravitacional”.
“Si se puede detectar y medir la curvatura de la luz causada por estos objetos masivos, es posible detectarlos y medir sus masas”, dijo Sahu.
Una serie de programas de sondeos terrestres monitorean millones de estrellas cada noche para detectar eventos de lentes gravitacionales “donde una estrella brilla y se desvanece lentamente con el paso de los días o meses”, señaló Sahu. “Este fenómeno de microlente es causado por un objeto que se interpone, que puede ser una estrella o una enana blanca o una estrella de neutrones o un agujero negro, etc. Los programas de sondeo detectan alrededor de 2.000 eventos de microlente por año. Se espera que una pequeña cantidad de ellos sean causados por agujeros negros”.
Cuanto mayor sea la masa del objeto que provoca el lente gravitacional, mayor duración tendrá el brillo resultante. Debido a que se espera que un agujero negro sea masivo, se espera que su evento de microlente tenga mayor duración. “Además, se espera que un agujero negro sea oscuro”, explicó Sahu. “Así que usamos estos dos como nuestros criterios principales; el evento debería tener una larga duración y los lentes no deberían emitir luz”.
No obstante, las estrellas de baja masa que se mueven lentamente en el cielo también podrían verse relativamente oscuras y generar eventos de lente gravitacional de larga duración. Una manera de distinguir un agujero negro aislado de una estrella de masa baja es el hecho de que el agujero negro desviará la luz de las estrellas de fondo “lo suficiente para que pueda ser medido con el Hubble”, dijo Sahu. “Si las observaciones de Hubble muestran una gran desviación, pero no luz del lente, entonces sería un agujero negro”.
Al combinar las observaciones del Hubble con datos de telescopios en tierra, los científicos descubrieron un evento de microlente de 270 días de duración, llamado MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462, el que ellos concluyeron que probablemente procedía de un agujero negro aislado.
“Tomó dos años de planificación seguidos por seis años de observación con Hubble, pero fue muy satisfactorio ver los increíbles resultados”, dijo Sahu. “Inmediatamente quedó claro como la luz del día que se trata de un agujero negro, no había nada más que pudiera causar las desviaciones que medimos”.
Los investigadores estimaron que este agujero negro aislado tenía alrededor 7,1 veces la masa del Sol. También descubrieron que este agujero negro está viajando a una velocidad de aproximadamente 162.000 km/h. Esto sugiere que este agujero negro pudo haber recibido un empujón de la explosión de supernova que lo originó.
Observatorios futuros como el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman y el Observatorio Vera C. Rubin en Chile pueden “ayudar enormemente” a descubrir más agujeros negros aislados de masa estelar, señaló Sahu.
El artículo “An Isolated Stellar-Mass Black Hole Detected Through Astrometric Microlensing” fue enviado para su revisión en The Astrophysical Journal.
Fuente: Space.com