ESO.- Utilizando el instrumento MUSE de ESO, instalado en el
Very Large Telescope, en Chile, un equipo de astrónomos ha descubierto una
estrella en el cúmulo NGC 3201 que se comporta de un modo muy extraño. Parece
estar orbitando un agujero negro invisible con cerca de cuatro veces la masa
del Sol. Se trataría del primer agujero negro con masa estelar inactivo de este
tipo detectado en un cúmulo globular y el primero encontrado por la detección
directa de su fuerza gravitacional. Este importante descubrimiento tiene una
gran repercusión en nuestra comprensión de la formación de estos cúmulos de
estrellas, agujeros negros y de los orígenes de eventos de ondas
gravitacionales.
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Imagen del Hubble del cúmulo globular de estrellas NGC 3201Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESAmuestra la región central del rico cúmulo globular de estrellas NGC 3201 en la constelación austral de la Vela. Se ha descubierto una estrella que orbita a un agujero negro con cuatro veces la masa de nuestro Sol. La estrella se ha indicado con un círculo azul. Crédito: ESA/NASA |
Los cúmulos globulares de
estrellas son enormes esferas de decenas de miles de estrellas que orbitan a la
mayoría de las galaxias. Se encuentran entre los sistemas estelares más viejos
conocidos en el universo y datan de momentos muy cercanos al comienzo del
crecimiento y evolución de la galaxia. Actualmente se sabe que más de 150
pertenecen a la Vía Láctea.
Utilizando el instrumento MUSE, instalado en
el Very Large Telescope de ESO, en
Chile, se ha estudiado un cúmulo en particular, llamado NGC 3201 y situado
en la constelación meridional de Vela. Un equipo
dirigido por Benjamín Giesers (Universidad Georgia Augusta de Gotinga, Alemania)
descubrió que una de las estrellas [1] de NGC 3201 se
comporta de un modo muy extraño: se mueve hacia atrás y hacia delante a
velocidades de varios cientos de miles de kilómetros por hora, con un patrón
que se repite cada 167 días [2].
Benjamin Giesers estaba intrigado por el comportamiento de la
estrella: "Orbitaba
alrededor de algo totalmente invisible que tenía una masa de más de
cuatro veces la del Sol, ¡solo podía tratarse de un agujero negro! El primero
de ellos encontrado en un cúmulo globular observando directamente su fuerza
gravitacional".
La relación entre los agujeros negros y los cúmulos globulares es un
asunto importante pero misterioso. Debido a sus enormes masas y a su gran edad,
se cree que estos cúmulos han producido un gran número de agujeros negros de masa
estelar, creados a medida que las estrellas masivas del cúmulo
explotaban y colapsaban a lo largo de la extensa vida del cúmulo [3][4].
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| Esta imagen de amplio campo muestra el cielo que rodea al cúmulo globular NGC 3201, en la constelación meridional de Vela. En esta imagen, además del rico cúmulo, que aparece en el centro, también vemos un gran número de estrellas de la Vía Láctea junto con unas pocas galaxias mucho más lejanas. Esta fotografía fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Crédito: Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin |
El instrumento MUSE de ESO proporciona a los astrónomos una
capacidad única para medir los movimientos de miles de estrellas lejanas al
mismo tiempo. Con este nuevo hallazgo, Giesers y su equipo han podido detectar,
por primera vez, un agujero negro inactivo en el corazón de un cúmulo globular,
uno que, actualmente, no está tragando materia y no está rodeado por un disco
brillante de gas. Han podido estimar la masa del agujero negro masivo a través
de los movimientos de una estrella capturada por su enorme fuerza
gravitacional [5].
De las propiedades de la estrella observadas se ha determinado
que tiene 0,8 veces la masa de nuestro Sol, y la masa de su misteriosa
contraparte se ha calculado en alrededor de 4,36 veces masa del Sol, por lo
que, seguramente, se trate de un agujero negro [6].
Las recientes detecciones de fuentes de radio y de rayos X en
cúmulos globulares, así como la detección en 2016 de señales de ondas
gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros de masa
estelar, sugiere que estos agujeros negros, relativamente pequeños, puede ser
más comunes de lo que se pensaba en cúmulos globulares.
Giesers concluye: "Hasta
hace poco se suponía que casi todos los agujeros negros desaparecerían de los
cúmulos globulares después de poco tiempo y que sistemas como este ¡ni siquiera
deberían existir! Pero, claramente, este no es el caso. Nuestro descubrimiento
es la primera detección directa de los efectos gravitacionales de un agujero negro
de masa estelar en un cúmulo globular. Este descubrimiento nos ayuda a
comprender la formación de cúmulos globulares y la evolución de los agujeros
negros y los sistemas binarios, vital en el contexto de la comprensión de
fuentes de ondas gravitacionales".
Notas
[1] La estrella descubierta es una estrella de secuencia principal apagada,
lo que significa que está al final de la fase de secuencia principal de su
vida. Al agotar su suministro de hidrógeno principal, va camino de convertirse
en una gigante roja.
[2] Actualmente se está llevando a cabo un estudio profundo de
25 cúmulos globulares alrededor de la Vía Láctea con el instrumento MUSE de ESO
con el apoyo del consorcio MUSE. Proporcionará a los astrónomos espectros de
entre 600 y 27.000 estrellas de cada cúmulo. El estudio incluye el análisis de
la "velocidad radial" de estrellas individuales (la velocidad a la
que se alejan y se acercan a la Tierra en la línea de visión del observador).
Con las medidas de la velocidad radial pueden determinarse las órbitas de las
estrellas, así como las características de cualquier objeto masivo que pueden
estar en órbita.
[3] En ausencia de continua formación estelar, como es el caso
de cúmulos globulares, los agujeros negros de masa estelar pronto se convierten
en los objetos más masivos presentes. En general, los agujeros negros de masa
estelar en cúmulos globulares son unas cuatro veces tan masivos como las
estrellas de baja masa de su alrededor. Teorías recientes han concluido que los
agujeros negros forman un denso núcleo dentro del cúmulo, que entonces se
separa del resto del material globular. Se cree que los movimientos en el
centro del cúmulo eyectan y expulsan a la mayoría de los agujeros negros, lo
cual significa que, tras unos miles de millones de años, solo quedarían unos
pocos.
[4] Los agujeros negros de masa
estelar — en inglés también conocidas como “collapsars” — se
forman cuando mueren estrellas masivas, colapsando bajo su propia gravedad y
explotando como hipernovas de gran alcance. Lo que queda es un
agujero negro con la mayor parte de la masa de la estrella anterior, que puede
ir desde un par de veces la masa de nuestro Sol hasta varias decenas de veces
su masa.
[5] Como la luz no es capaz de escapar de los agujeros negros
debido a la enorme gravedad de estos últimos, el principal método para
detectarlos es mediante observaciones de emisiones de ondas de radio o de rayos
X procedentes del material caliente que los rodea. Pero cuando un agujero negro
no está interactuando con la materia caliente y, por tanto, no acumula masa o
emite radiación, como en este caso, el agujero negro está "inactivo"
y resulta invisible, por lo que se requiere otro método de detección.
[6] Dado que el objeto no luminoso de este sistema binario no
puede observarse directamente, hay alternativas, aunque mucho menos
convincentes, para explicar de qué podría tratarse. Tal vez sea un sistema
estelar triple formado por dos estrellas de neutrones, fuertemente unidas,
siendo la estrella observada la que orbita alrededor de ellas. Este escenario
requeriría que cada estrella estrechamente unida tuviese, al menos, dos veces
la masa de nuestro Sol, un tipo de sistema binario jamás observado con
anterioridad.
El cúmulo globular NGC 3201
La imagen original y los datos astronómicos se pueden encontrar
en las páginas del EIS Pre-Flames Survey Data
Release,donde también están disponibles muchas otras imágenes.
Crédito:
ESO
