Un sorprendente descubrimiento sobre el agujero negro V404 Cygnus está ampliando nuestra comprensión de los agujeros negros, los objetos que pueden albergar y la forma en que se forman.
Ahora, un sorprendente descubrimiento está ampliando nuestra comprensión de los agujeros negros, los objetos que pueden albergar y la forma en que se forman.
En un estudio publicado en Nature, físicos del MIT y Caltech informan que han observado por primera vez un "trío de agujeros negros". El nuevo sistema alberga un agujero negro central que está consumiendo una pequeña estrella que gira en espiral muy cerca del agujero negro, cada 6,5 días, una configuración similar a la de la mayoría de los sistemas binarios. Pero, sorprendentemente, parece que una segunda estrella también orbita el agujero negro, aunque a una distancia mucho mayor. Los físicos estiman que este compañero distante orbita el agujero negro cada 70,000 años.
El hecho de que el agujero negro parezca tener una atracción gravitatoria sobre un objeto tan lejano está generando preguntas sobre los orígenes del propio agujero negro. Se cree que los agujeros negros se forman a partir de la explosión violenta de una estrella moribunda, un proceso conocido como supernova, por el cual una estrella libera una enorme cantidad de energía y luz en un estallido final antes de colapsar en un agujero negro invisible.
El descubrimiento del equipo, sin embargo, sugiere que si el agujero negro recién observado se formó a partir de una supernova típica, la energía que habría liberado antes de colapsar habría expulsado cualquier objeto débilmente unido en sus alrededores. La segunda estrella externa, entonces, no debería estar todavía cerca.
En cambio, el equipo sospecha que el agujero negro se formó a través de un proceso más suave de "colapso directo", en el cual una estrella simplemente colapsa sobre sí misma, formando un agujero negro sin un último destello dramático. Un origen tan suave apenas perturbaría los objetos débilmente unidos y lejanos.
Dado que el nuevo sistema triple incluye una estrella muy lejana, esto sugiere que el agujero negro del sistema nació mediante un colapso directo más suave. Y, aunque los astrónomos han observado supernovas más violentas durante siglos, el equipo dice que el nuevo sistema triple podría ser la primera evidencia de un agujero negro que se formó a partir de este proceso más suave.
"Creemos que la mayoría de los agujeros negros se forman a partir de explosiones violentas de estrellas, pero este descubrimiento ayuda a cuestionar esa idea", dice Kevin Burdge, autor del estudio y Becario Pappalardo en el Departamento de Física del MIT. "Este sistema es muy emocionante para la evolución de los agujeros negros y también plantea la pregunta de si hay más tríos por ahí".
Los coautores del estudio en el MIT son Erin Kara, Claude Canizares, Deepto Chakrabarty, Anna Frebel, Sarah Millholland, Saul Rappaport, Rob Simcoe y Andrew Vanderburg, junto con Kareem El-Badry de Caltech.
Movimiento en tándem
El descubrimiento del trío de agujeros negros se produjo casi por casualidad. Los físicos lo encontraron mientras revisaban Aladin Lite, un repositorio de observaciones astronómicas recopiladas de telescopios en el espacio y en todo el mundo. Los astrónomos pueden usar esta herramienta en línea para buscar imágenes de la misma parte del cielo, tomadas por diferentes telescopios sintonizados a diversas longitudes de onda de energía y luz.
El equipo había estado buscando signos de nuevos agujeros negros dentro de la Vía Láctea. Por curiosidad, Burdge revisó una imagen de V404 Cygni, un agujero negro a unos 8,000 años luz de la Tierra que fue uno de los primeros objetos confirmados como agujero negro en 1992. Desde entonces, V404 Cygni se ha convertido en uno de los agujeros negros más estudiados y ha sido documentado en más de 1,300 artículos científicos. Sin embargo, ninguno de esos estudios reportó lo que Burdge y sus colegas observaron.
Al mirar las imágenes ópticas de V404 Cygni, Burdge vio lo que parecían ser dos manchas de luz, sorprendentemente cerca una de la otra. La primera mancha era lo que otros habían determinado como el agujero negro y una estrella interna que orbita de cerca. La estrella está tan cerca que pierde parte de su material hacia el agujero negro y emite la luz que Burdge podía ver. Sin embargo, la segunda mancha de luz era algo que los científicos no habían investigado de cerca, hasta ahora. Burdge determinó que esa segunda luz probablemente provenía de una estrella muy lejana.
"El hecho de que podamos ver dos estrellas separadas a tanta distancia significa en realidad que las estrellas deben estar realmente muy alejadas", dice Burdge, quien calculó que la estrella exterior está a 3,500 unidades astronómicas (UA) del agujero negro (1 UA es la distancia entre la Tierra y el Sol). En otras palabras, la estrella exterior está 3,500 veces más lejos del agujero negro que la Tierra del Sol. Esto es también igual a 100 veces la distancia entre Plutón y el Sol.
La pregunta que surgió entonces fue si la estrella exterior estaba vinculada al agujero negro y su estrella interna. Para responder a esto, los investigadores recurrieron a Gaia, un satélite que ha seguido con precisión los movimientos de todas las estrellas de la galaxia desde 2014. El equipo analizó los movimientos de las estrellas internas y externas durante los últimos 10 años de datos de Gaia y encontró que las estrellas se movían exactamente en tándem en comparación con otras estrellas vecinas. Calcularon que las probabilidades de este tipo de movimiento en tándem son de aproximadamente una en 10 millones.
"Casi con certeza no es una coincidencia o un accidente", dice Burdge. "Estamos viendo dos estrellas que se siguen entre sí porque están unidas por este débil hilo de gravedad. Así que este tiene que ser un sistema triple".
Tirando de los hilos
Entonces, ¿cómo podría haberse formado el sistema? Si el agujero negro surgió de una supernova típica, la explosión violenta habría expulsado a la estrella exterior hace mucho tiempo.
"Imagina que estás tirando de una cometa, y en lugar de una cuerda fuerte, tiras con una tela de araña", dice Burdge. "Si tiras demasiado fuerte, la tela se rompería y perderías la cometa. La gravedad es como este hilo apenas atado que es realmente débil, y si haces algo dramático con el binario interno, perderás la estrella exterior".
Para probar realmente esta idea, Burdge realizó simulaciones para ver cómo podría haber evolucionado un sistema triple y retenido la estrella exterior.
Al comienzo de cada simulación, introdujo tres estrellas (la tercera siendo el agujero negro, antes de convertirse en un agujero negro). Luego, realizó decenas de miles de simulaciones, cada una con un escenario ligeramente diferente de cómo la tercera estrella podría haberse convertido en un agujero negro y cómo habría afectado los movimientos de las otras dos estrellas. Por ejemplo, simuló una supernova, variando la cantidad y dirección de la energía que liberaba. También simuló escenarios de colapso directo, en los cuales la tercera estrella simplemente colapsaba sobre sí misma para formar un agujero negro, sin liberar energía.
"La gran mayoría de las simulaciones muestran que la forma más fácil de hacer que este trío funcione es mediante el colapso directo", dice Burdge.
Además de dar pistas sobre los orígenes del agujero negro, la estrella exterior también ha revelado la edad del sistema. Los físicos observaron que la estrella exterior está en proceso de convertirse en una gigante roja, una fase que ocurre al final de la vida de una estrella. Basándose en esta transición estelar, el equipo determinó que la estrella exterior tiene aproximadamente 4 mil millones de años. Dado que las estrellas vecinas nacen aproximadamente al mismo tiempo, el equipo concluye que el trío de agujeros negros también tiene 4 mil millones de años.
"Nunca habíamos podido hacer esto antes con un agujero negro antiguo", dice Burdge. "Ahora sabemos que V404 Cygni es parte de un trío, que podría haberse formado por colapso directo, y que se formó hace unos 4 mil millones de años, gracias a este descubrimiento".
Este trabajo fue apoyado, en parte, por la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente y enlace a la investigaciòn:
Kevin B. Burdge, Kareem El-Badry, Erin Kara, Claude Canizares, Deepto Chakrabarty, Anna Frebel, Sarah C. Millholland, Saul Rappaport, Rob Simcoe, Andrew Vanderburg. El agujero negro de baja masa X binario V404 Cygni es parte de un amplio triple. Natur, 2024; DOI: 10.1038/s41586-024-08120-6