El agujero negro estelar más masivo de la Vía Láctea está a sólo 2.000 años luz de distancia

Los astrónomos han encontrado el agujero negro de masa estelar más grande hasta la fecha en la Vía Láctea.

Con 33 masas solares, supera al anterior récord, Cygnus X-1, que tenía sólo 21 masas solares.

La mayoría de los agujeros negros de masa estelar tienen aproximadamente 10 masas solares, lo que convierte al nuevo, Gaia BH3, en un verdadero gigante.

Los agujeros negros supermasivos (SMBH), como la estrella Sagitario A en el corazón de la Vía Láctea, captan la mayor parte de nuestra atención sobre los agujeros negros.

Esos gigantes pueden tener miles de millones de masas solares y tener una enorme influencia en sus galaxias anfitrionas.

Pero los agujeros de masa estelar son diferentes. A diferencia de los SMBH que crecen masivamente mediante fusiones con otros agujeros negros, los agujeros negros estelares son el resultado de estrellas masivas que explotan como supernovas.

Los SMBH siempre se encuentran en el centro de una galaxia masiva, pero los agujeros negros estelares pueden esconderse en cualquier lugar.

«Éste es el tipo de descubrimiento que se hace una vez en la vida investigadora».

Pasquale Panuzzo, Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNRS) en el Observatorio de París

Los astrónomos encontraron BH3 en datos de la nave espacial Gaia de la ESA. Es el tercer agujero negro estelar de Gaia. BH3 tiene un compañero estelar, y las 33 masas solares combinadas del agujero negro atrajeron a su antiguo compañero pobre en metales.

El tembloroso indicador de la estrella delató la presencia de BH3. A sólo 2.000 años luz de distancia, BH3 está muy cerca en términos cósmicos.

Una nueva carta de investigación en Astronomía y Astrofísica presentó el descubrimiento. Su título es «Descubrimiento de un agujero negro inactivo de masa solar en la astrometría previa al lanzamiento de Gaia». El autor principal es Pasquale Panuzzo, astrónomo del Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNRS) del Observatorio de París.

«Nadie esperaba encontrar cerca un agujero negro de gran masa; todavía no se ha encontrado», dijo Panuzzo. «Éste es el tipo de descubrimiento que se hace una vez en la vida investigadora».

Este agujero negro destaca por su considerable masa. Los investigadores han encontrado agujeros negros estelares con masas similares, pero siempre en otras galaxias.

El tamaño puede resultar confuso, pero los astrofísicos han descubierto cómo pueden llegar a ser tan masivos.

Pueden ser el resultado del colapso de estrellas pobres en metales. Estas estrellas están compuestas casi en su totalidad por hidrógeno y helio, los elementos primordiales. Los científicos creen que estas estrellas pierden menos masa durante su vida de fusión que otras estrellas.

Tienen más masa, por lo que colapsan en agujeros negros más masivos. Esta idea se basa en la teoría; no hay evidencia directa.

Pero BH3 puede cambiar eso.

Las estrellas binarias tienden a formarse juntas y tienen la misma metalicidad. Las observaciones de seguimiento mostraron que la estrella compañera de BH3 es probablemente un remanente de un cúmulo globular que la Vía Láctea absorbió hace más de ocho mil millones de años.

Dado que las estrellas binarias tienden a tener la misma metalicidad, esta compañera pobre en metales refuerza la idea de que las estrellas de baja metalicidad pueden contener más masa y formar agujeros negros estelares más grandes. Esta es la primera evidencia que respalda la idea de que una estrella antigua, masiva y pobre en metales se ha colapsado en un agujero negro supermasivo. También respalda la idea de que estas primeras estrellas pueden haber evolucionado de manera diferente a las estrellas modernas de masas similares.

Pero hay otra interpretación.

Cuando las estrellas explotan como supernovas, forman elementos más pesados ​​que son lanzados al espacio. ¿No debería la compañera mostrar evidencia de contaminación por metales de la supernova BH3?

«Lo que me sorprende es que la composición química de la compañera es similar a la que encontramos en las viejas estrellas pobres en metales de la galaxia», explica Elisabetta Caffau del CNRS, Observatorio de París, también miembro de la colaboración Gaia.

«No hay evidencia de que esta estrella haya sido contaminada por material expulsado por la explosión de supernova de la estrella masiva que se convirtió en BH3». Desde esta perspectiva, la pareja no puede formarse junta. En cambio, el agujero negro podría haber adquirido a su compañero sólo después de su nacimiento, capturándolo de otro sistema.

BH3 y los otros dos agujeros negros detectados por Gaia están inactivos. Esto significa que no hay nada lo suficientemente cerca como para «comer».

Aunque BH3 tiene amigos, está a unas 16 AU de distancia. Si BH3 estuviera acumulando materia activamente, liberaría energía que delataría su presencia. Su sueño le permitió pasar desapercibido.

A sólo 2.000 años luz de distancia, los astrónomos seguirán estudiando BH3.

«Finalmente, la magnitud del sistema y su distancia relativamente pequeña lo convierten en un objetivo fácil para futuras observaciones y análisis detallados por parte de la comunidad astronómica», escriben los descubridores en su carta de investigación.

Este descubrimiento puede haber sido fortuito, pero no fue un accidente. Un dedicado equipo de investigadores busca en los datos de Gaia estrellas con extrañas compañeras. Esto incluye exoplanetas ligeros y pesados, otras estrellas y agujeros negros. Gaia no puede identificar planetas ni agujeros negros inactivos, pero puede detectar su efecto sobre sus compañeros estelares.

Los investigadores detrás del descubrimiento publicaron sus hallazgos antes de la próxima publicación oficial de datos de Gaia. Sintieron que era demasiado importante como para insistir en ello.

«Dimos el paso excepcional de publicar este artículo basado en datos preliminares antes del próximo lanzamiento de Gaia debido a la naturaleza única del descubrimiento», dijo la coautora Elisabetta Caffau, también miembro colaborador de ‘ Gaia y científica del CNRS del Observatorio de París. –PSL.

«Hemos estado trabajando muy duro para mejorar la forma en que procesamos conjuntos de datos específicos en comparación con la publicación de datos anterior (DR3), por lo que esperamos descubrir muchos más agujeros negros en DR4», dijo Berry Holl de la Universidad de Ginebra, Suiza. Miembro de la colaboración Gaia.

«Este descubrimiento también debería considerarse un adelanto preliminar del contenido de Gaia DR4, que sin duda revelará otros sistemas binarios que alojan BH», concluyen los autores.

Está previsto que Gaia DR4 se lance no antes de finales de 2023. Si las publicaciones de datos anteriores sirven de indicación, los datos estarán llenos de nuevos descubrimientos.

Si hay suficientes agujeros negros de masa estelar binaria en los datos, los astrónomos podrán acercarse a comprender de dónde provienen y si las estrellas masivas se comportaron de manera diferente en el Universo temprano.

Escrito por Evan Gough/Universo hoy.