EXTRAÑO COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRELLA REVELA A UN SOLITARIO AGUJERO NEGRO EN UN GIGANTESCO RACIMO DE ESTRELLAS

Imagen artística de un agujero negro en el sistema binario  NGC3201

Los astrónomos que utilizan el instrumento MUSE de ESO en el Very Large Telescope (VLT) en Chile han descubierto una estrella en el cúmulo NGC 3201 que se comporta de muy extraña manera. Parece estar orbitando un agujero negro invisible de aproximadamente cuatro veces la masa del Sol. Es el primer agujero negro de masa estelar inactivo que se encuentra en un cúmulo globular y el primero que se encuentra al detectar directamente su atracción gravitacional. Este importante descubrimiento impacta en nuestra comprensión de la formación de estos cúmulos de estrellas, agujeros negros y los orígenes de los eventos de ondas gravitacionales.

Los cúmulos de estrellas globulares son enormes esferas de decenas de miles de estrellas que orbitan la mayoría de las galaxias. Se encuentran entre los sistemas estelares más antiguos conocidos del Universo y se remontan casi al comienzo del crecimiento y la evolución de las galaxias. 

Actualmente, se sabe que más de 150 pertenecen a la Vía Láctea.

Un grupo particular, llamado NGC 3201  situado en la sureña Constelación de la Vela (The Sails), se está estudiando utilizando el instrumento MUSE en el Very Large Telescope de ESO en Chile. 

Un equipo internacional de astrónomos descubrió que una de las estrellas, se está apagando, lo que significa que está al final de la fase de la secuencia principal de su vida y que habiendo agotado su suministro primario de hidrógeno, ahora está en camino de convertirse en una gigante roja. 
Está ubicada en el Cumulo Estelar NGC 3201 y se comporta de manera muy extraña: se lanza hacia adelante y hacia atrás a velocidades de varios cientos de miles de kilómetros por hora, y el patrón se repite cada 167 días.

Actualmente se está llevando a cabo una gran encuesta de 25 cúmulos globulares alrededor de la Vía Láctea utilizando el instrumento MUSE de ESO con el apoyo del consorcio MUSE. Proporcionará a los astrónomos los espectros de 600 a 27.000 estrellas en cada grupo. El estudio incluye el análisis de la "velocidad radial" de estrellas individuales: la velocidad a la que se alejan de y hacia la Tierra, a lo largo de la línea de visión del observador. Con mediciones de la velocidad radial, se pueden determinar las órbitas de las estrellas, así como las propiedades de cualquier objeto masivo en el que puedan estar orbitando

El autor principal Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen , Alemania) estaba intrigado por el comportamiento de la estrella: "Estaba orbitando algo que era completamente invisible, que tenía una masa de más de cuatro veces el Sol, ¡esto solo podía ser un agujero negro! El primero encontrado en un cúmulo globular al observar directamente su atracción gravitatoria".

La relación entre los agujeros negros y los cúmulos globulares es importante pero misteriosos. Debido a sus grandes masas y grandes edades, se cree que estos cúmulos han producido una gran cantidad de agujeros negros de masa estelar , creados cuando las estrellas masivas dentro de ellos explotaron y colapsaron durante la larga vida del cúmulo.

En ausencia de una continua formación de estrellas, como es el caso de los cúmulos globulares, los agujeros negros de masa estelar pronto se convierten en los objetos más masivos actualmente presentes. 

Generalmente, los agujeros negros de masa estelar en cúmulos globulares son aproximadamente cuatro veces más masivos que las estrellas circundantes de baja masa. Las teorías recientes han concluido que los agujeros negros forman un núcleo denso dentro del racimo, que luego se desprende del resto del material globular. Se cree que los movimientos en el centro del cúmulo expulsan la mayoría de los agujeros negros, lo que significa que solo unos pocos sobrevivirían después de unos  mil millones de años.

Vídeo

Los agujeros negros de masa estelar (o collapsars) se forman cuando las estrellas masivas mueren, colapsando bajo su propia gravedad y explotando como hipernovas.
Atrás queda un agujero negro con la mayor parte de la masa de la poderosa antigua estrella, que puede variar desde unas pocas veces la masa de nuestro Sol hasta varias decenas de veces más que la masa.

El instrumento MUSE de ESO brinda a los astrónomos la capacidad única de medir los movimientos de miles de estrellas lejanas al mismo tiempo. Con este nuevo hallazgo, el equipo ha 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 brillante disco de gas. Podrían estimar la masa del agujero negro a través de los movimientos de una estrella atrapada en su enorme atracción gravitacional.

Como de los agujeros negros ninguna luz puede escapar debido a su tremenda gravedad, el método principal para detectarlos es a través de observaciones de radio o emisiones de rayos X proveniente del material caliente que los rodea. 

Pero cuando un agujero negro no interactúa con la materia caliente y por lo tanto no acumula masa o emite radiación, como en este caso, el agujero negro es "inactivo" e invisible, por lo que se requiere otro método de detección.

A partir de sus propiedades observadas, se determinó que la estrella era aproximadamente 0,8 veces la masa de nuestro Sol, y la masa de su misteriosa contraparte se calculó en alrededor de 4,36 veces la masa del Sol, casi con certeza un agujero negro.

Constelación de la Vela

Debido a que el objeto no es luminoso, en este sistema binario no se puede observar directamente, hay explicaciones alternativas, aunque mucho menos persuasivas, para lo que podría ser. Es quizás un sistema estelar triple compuesto por dos estrellas de neutrones fuertemente unidas, con la estrella observada orbitando a su alrededor. Este escenario requeriría que cada estrella estrechamente unida sea al menos el doble de la masa de nuestro Sol, un sistema binario que nunca antes se había observado.

Recientes detecciones de radio y fuentes de rayos X en cúmulos globulares, así como la detección de señales de ondas gravitacionales en 2016 producidas por la fusión de dos agujeros negros de masa estelar, sugieren que estos agujeros negros relativamente pequeños pueden ser más comunes en cúmulos globulares de lo que se pensaba

Giesers concluye: " Hasta hace poco, se suponía que casi todos los agujeros negros desaparecerían de los cúmulos globulares después de un corto 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 hallazgo ayuda a comprender la formación de cúmulos globulares y la evolución de los agujeros negros y los sistemas binarios, algo vital en el contexto de la comprensión de las fuentes de ondas gravitacionales. "

Esta investigación fue presentada en un artículo titulado "Un candidato independiente de agujero negro de masa estelar en el cúmulo globular NGC 3201", por B. Giesers et al., en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Fuente: ESO 1802 – 17.enero.2018 – Science Release