Descubierto un agujero negro inactivo fuera de nuestra galaxia

Los sistemas binarios donde un agujero negro ‘devora’ a una estrella compañera son bien conocidos en astronomía, pero en la vecina galaxia de la Gran Nube de Magallanes se ha encontrado uno donde el agujero negro no está activo, no emite potentes niveles de rayos X, mientras danza junto a una estrella azul.

Los agujeros negros de masa estelar se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas y colapsan bajo su propia gravedad. En un sistema binario (un sistema de dos estrellas que giran una alrededor de la otra), este proceso deja un agujero negro en órbita con una estrella compañera luminosa.

En algunas ocasiones este tipo de agujero negro queda ‘inactivo’, no emite los habituales altos niveles de radiación de rayos X, que es la forma en que normalmente se detectan. Ahora se ha encontrado uno fuera de la Vía Láctea.

Un equipo internacional de astrónomos conocido como ‘la policía de agujeros negros’, que ha refutado varios descubrimientos de este tipo de objetos, ha detectado un agujero negro de masa estelar inactivo en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia vecina a la nuestra. Además, la estrella que dio origen a este agujero desapareció sin ningún signo de potente explosión, según publican en la revista Nature Astronomy.

“Por primera vez, nuestro equipo se reunió para dar a conocer el descubrimiento de un agujero negro en lugar de refutarlo; identificamos una aguja en un pajar”, subraya el autor principal, Tomer Shenar, quien comenzó el estudio en el centro KU Leuven (Bélgica) y ahora cuenta con una beca Marie-Curie en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos).

Aunque se han propuesto otros candidatos similares a agujeros negros, el equipo afirma que este es el primer agujero negro de masa estelar inactivo que se detecta inequívocamente fuera de nuestra galaxia. Forma parte del sistema binario VFTS 243, compuesto por una estrella azul caliente con 25 veces la masa del Sol y un agujero negro, que tiene al menos nueve veces la masa del Sol. La estrella es unas 200 000 veces más grande que el agujero.

“Es increíble que apenas sepamos de la existencia de estos agujeros negros inactivos, dado lo comunes que la comunidad astronómica supone que son”, explica el coautor, Pablo Marchant, de KU Leuven. Los agujeros negros inactivos son particularmente difíciles de detectar ya que no interactúan mucho con su entorno.

“Durante más de dos años, hemos estado buscando este tipo de sistemas binarios de agujeros negros”, añade la coautora, Julia Bodensteiner, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Alemania, quien se emocionó cuando conoció los datos sobre VFTS 243, “que en mi opinión es el candidato más convincente reportado hasta la fecha”.

En la nebulosa de la Tarántula

Para encontrar este sistema binario, la colaboración buscó casi 1000 estrellas masivas en la región de la Nebulosa de la Tarántula de la Gran Nube de Magallanes, centrándose en las que podrían tener agujeros negros como compañeros. Identificar a estos como agujeros negros es extremadamente difícil, ya que existen muchas posibilidades alternativas.

“Como investigador que ha refutado posibles agujeros negros en los últimos años, era extremadamente escéptico con respecto a este descubrimiento”, insiste Shenar. El escepticismo fue compartido por el coautor Kareem El-Badry, del centro de astrofísica Harvard & Smithsonian (EE UU), a quien Shenar llama el “destructor de agujeros negros”. “Cuando Tomer me pidió que revisara sus hallazgos, tuve mis dudas. Pero no pude encontrar una explicación plausible para los datos que no involucraran un agujero negro”, explica El-Badry.

El hallazgo también ofrece al equipo una visión única de los procesos que acompañan la formación de agujeros negros. La comunidad astronómica cree que un agujero negro de masa estelar se forma a medida que el núcleo de una estrella masiva moribunda colapsa, pero sigue sin quedar claro si este proceso va acompañado o no por una potente explosión de supernova.

“La estrella que formó el agujero negro en VFTS 243 parece haber colapsado por completo, sin signos de una explosión anterior”, apunta Shenar, quien recuerda que la evidencia de “este escenario de ‘colapso directo’ ha surgido recientemente, pero podría decirse que nuestro estudio proporciona una de las indicaciones más claras; y esto tiene enormes implicaciones para el origen de las fusiones de agujeros negros en el cosmos.”.

Seis años de observaciones con el VLT

El agujero negro de VFTS 243 se encontró utilizando seis años de observaciones de la Nebulosa de la Tarántula llevadas a cabo por el instrumento FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph, espectrógrafo multielemento de gran matriz de fibras), instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Chile.

A pesar del apodo de ‘policía de agujeros negros’, el equipo fomenta activamente el escrutinio, el debate con modelos alternativos, y espera que su trabajo permita el descubrimiento de otros agujeros de masa estelar que orbitan estrellas masivas, miles de los cuales se predice que existen en la Vía Láctea y en las Nubes de Magallanes.

Referencia

• Tomer Shenar et al. “An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud”. Nature Astronomy, 2022.