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CSIC: Un agujero negro que desafía los modelos de evolución estelar

Científicos del IAC participan en el descubrimiento

Con la ayuda del Gran Telescopio Canarias, un equipo internacional de científicos liderado desde el Observatorio Astronómico Nacional de China ha detectado un nuevo agujero negro estelar en nuestra galaxia. Se llama LB-1 y tiene una masa 70 veces más grande que la del Sol, un valor mucho mayor de lo que se calculaba hasta ahora para este tipo de objetos.

Recreación artística del agujero negro estelar LB-1 con una estrella orbitando a su alrededor. / Jingchuan Yu

¿Cómo de grandes son los agujeros negros creados por el colapso de las estrellas masivas?
Los astrónomos han estimado que hay 100 millones de agujeros negros en
nuestra galaxia. Hasta ahora se pensaba que su masa no superaba las 15
masas solares. Pero un equipo internacional de científicos, dirigido por
el investigador Jifeng Liu del Observatorio
Astronómico Nacional de China (Academia China de Ciencias) y en el que
participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha detectado un
agujero negro estelar con una masa 70 veces mayor que la del Sol.

La masa de este agujero negro de nuestra galaxia es 70 veces
mayor que la del Sol, cuando se suponía que no superaría las 15 masas
solares

El descubrimiento, publicado esta semana en la revista Nature,
ha sido una gran sorpresa. “Los agujeros negros con esta masa ni
siquiera deberían existir en nuestra galaxia, según la mayoría de los
modelos actuales de evolución estelar –explica Liu–, ahora los
científicos tendrán que aceptar el reto de explicar su formación en un
entorno de metalicidad solar (abundancia de elementos más pesados que el
helio en una estrella)”. El gigante recién descubierto se encuentra a 15.000 años luz de la Tierra y recibe el nombre de LB-1.

Hasta
hace pocos años, los agujeros negros de origen estelar solo podían ser
descubiertos cuando engullían el gas de una estrella compañera. Este
proceso crea potentes emisiones de rayos X, detectables
desde la Tierra, que revelan la presencia del objeto colapsado. Sin
embargo, la gran mayoría de los agujeros negros de la Vía Láctea no
están devorando materia en este momento y permanecen en completa
oscuridad. Por eso, solo se han podido identificar y estudiar, hasta
ahora, dos docenas de agujeros negros entre los 100 millones que pueblan nuestra galaxia.

Jifeng
Liu y sus colaboradores utilizaron una técnica diferente para encontrar
nuevos agujeros negros. Observaron el cielo con el telescopio óptico LAMOST
de 4 metros en el noreste de China para buscar estrellas que orbitan
alrededor de un objeto invisible, arrastradas por su gravedad. Esta
búsqueda no es una tarea fácil: como mucho, una estrella entre mil puede
estar orbitando un agujero negro. Es como tratar de encontrar una aguja
en un pajar.

Agujero negro masivo LB-1 junto con su estrella compañera en primer plano. / Jingchuan Yu

Los recientes desarrollos tecnológicos de los telescopios y
detectores han hecho posible esta búsqueda, más de 200 años después de
que el visionario científico inglés John Michell
propusiera, por primera vez, dicha técnica. Los telescopios más grandes
existentes, el Gran Telescopio Canarias (GTC), también conocido como Grantecan, de 10,4 metros, en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Republica Dominicana), y el telescopio Keck
de 10 metros, en el Observatorio Mauna Kea (Hawái, Estados Unidos), se
utilizaron en el seguimiento de LB-1 y para poder determinar los
parámetros físicos del sistema.

Estrellas tan grandes como para formar un monstruo de agujero
negro como este se deberían destruir por explosiones de supernova, no
dejar un agujero negro

“Estas observaciones han sido posibles gracias a la gran superficie
colectora de luz de Grantecan y a su modo de observación altamente
flexible, que ha permitido un seguimiento intensivo de la fuente durante
varios meses”, añade Romano Corradi, director del telescopio Grantecan.

Nueva era en el estudio de agujeros negros

Los
resultados fueron muy reveladores: observaron una estrella ocho veces
más pesada que el Sol orbitando un agujero negro de 70 masas solares
cada 79 días. “Este agujero negro es mucho más masivo que los que
encontramos habitualmente en la Vía Láctea, cuyas masas se distribuyen
entre 5 y 15 masas solares”, subraya Jorge Casares, investigador del IAC y de la Universidad de La Laguna.

El
descubrimiento de LB-1 encaja con otro avance en astrofísica.
Recientemente, los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo han
comenzado a captar las ondas en el espacio-tiempo causadas por las
colisiones de agujeros negros en galaxias distantes. Estos agujeros
negros han resultado ser también mucho más masivos de lo esperado.

Sin
embargo, los agujeros negros de LIGO y Virgo se pueden explicar de
manera natural dentro del marco de la teoría estándar de evolución
estelar. En contraste, “el agujero negro LB-1 parece imposible de
explicar”, añade Chris Belczynski, investigador de la
Academia Polaca de Ciencias, ya que “las estrellas suficientemente
grandes como para formar un monstruo de agujero negro de 70 masas
solares deberían ser totalmente destruidas por poderosas explosiones de supernova, que solo dejan gas y polvo dispersos, y no agujeros negros”.

Este descubrimiento obliga a revisar los modelos de formación de agujeros negros de origen estelar

“El avistamiento directo de LB-1 demuestra que esta población de
agujeros negros estelares masivos existe incluso en nuestro propio
vecindario. Este descubrimiento nos obliga a reexaminar los modelos de
formación de agujeros negros de origen estelar”, comenta el director de
LIGO e investigador de la Universidad de Florida, David Reitze.

“Este
notable resultado, junto con las detecciones de LIGO-Virgo de
colisiones binarias de agujeros negros realizadas en los últimos cuatro
años, apunta a un renacimiento de nuestra comprensión de la astrofísica
de agujeros negros”, apunta Reitze.

Mientras tanto, Liu y su
equipo (incluyendo científicos de China, Australia, Italia, Holanda,
Polonia, Republica Dominicana y los Estados Unidos) ya están llevando a cabo una nueva
campaña de observación para medir las propiedades de LB-1 con mayor
precisión y descubrir otros sistemas similares. “Nuestro objetivo es
hallar varias docenas de casos más –concluye Liu–, con el fin de
explorar la diversidad de agujeros negros y comprender mejor las etapas
finales de la vida de las estrellas masivas”.

Referencia bibliográfica:
Jifeng Liu et al. ‘A wide star-black-hole binary system from radial-velocity measurements’, Nature, November 575: 618–621 (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1766-2.

Fuente: IAC

Source:biqfr.blogspot.com