Un agujero negro errante se está acercando a la Tierra

 

Los astrónomos estiman que existen alrededor de 100 millones de agujeros negros vagando entre las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero nunca han identificado de manera concluyente un agujero negro aislado.

Después de seis años de meticulosas observaciones, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, por primera vez en la historia, ha proporcionado pruebas de la existencia de un agujero negro aislado que se desplaza a través del espacio interestelar mediante una medición precisa de la masa del objeto fantasma.

Hasta ahora, todas las masas de los agujeros negros se han inferido estadísticamente o mediante interacciones en sistemas binarios o en los núcleos de las galaxias. Los agujeros negros de masa estelar generalmente se encuentran con estrellas compañeras, lo que hace que este sea inusual.

El agujero negro errante, recién detectado, se encuentra a unos 5.000 años luz de distancia, en el brazo espiral Carina-Sagitario de nuestra galaxia. Sin embargo, su descubrimiento permite a los astrónomos estimar que el agujero negro de masa estelar aislado más cercano a la Tierra, podría estar a tan solo 80 años luz de distancia. La estrella más cercana a nuestro sistema solar, Proxima Centauri, está a poco más de 4 años luz de distancia.

Los agujeros negros que deambulan por nuestra galaxia surgieron de estrellas raras y monstruosas (menos de una milésima parte de la población estelar de la galaxia) que son al menos 20 veces más masivas que nuestro Sol. Estas estrellas explotan como supernovas y el núcleo remanente es aplastado por la gravedad en un agujero negro. Debido a que la autodetonación no es perfectamente simétrica, el agujero negro puede recibir un impulso y atravesar nuestra galaxia como una bala de cañón.

Los telescopios no pueden fotografiar un agujero negro descarriado, porque no emite luz. Sin embargo, un agujero negro deforma el espacio, desvía y amplifica la luz de las estrellas de cualquier cosa que momentáneamente se alinee exactamente detrás de él.

Los telescopios terrestres, que monitorean el brillo de millones de estrellas hacia la protuberancia central de nuestra Vía Láctea, buscan un brillo repentino revelador de una de ellas, provocado por el paso de un objeto masivo que pase entre nosotros y la estrella. Después, el Hubble hace un seguimiento de los eventos de este tipo más interesantes.

Dos equipos utilizaron datos del Hubble en sus investigaciones: uno dirigido por Kailash Sahu del Space Telescope Science Institute ubicado en Baltimore, Maryland; y el otro por Casey Lam de la Universidad de California, en Berkeley. Los resultados de los equipos difieren ligeramente, pero ambos sugieren la presencia de un objeto compacto.

La deformación del espacio debido a la gravedad de un objeto en primer plano que pasa frente a una estrella ubicada muy atrás doblará y amplificará momentáneamente la luz de la estrella de fondo cuando pase frente a ella. Los astrónomos usan el fenómeno, llamado microlente gravitacional, para estudiar estrellas y exoplanetas en los aproximadamente 30.000 eventos detectados hasta ahora dentro de nuestra galaxia.

La huella de un agujero negro es única entre otros eventos de microlente. La gravedad muy intensa del agujero negro extiende la duración del evento durante más de 200 días. Además, si el objeto intermedio fuera una estrella, causaría un cambio de color transitorio en la luz de las estrellas de fondo, porque la luz de la estrella de primer plano y las de fondo se mezclarían momentáneamente.

A continuación, se utilizó Hubble para medir la cantidad de desviación de la imagen de la estrella de fondo por parte del agujero negro. El Hubble es capaz de lograr la extraordinaria precisión necesaria para tales mediciones. La imagen de la estrella se desplazó de donde normalmente estaría alrededor de un milisegundo de arco. Eso es equivalente a medir el diámetro de una moneda de 25 centavos en Los Ángeles desde la ciudad de Nueva York.

Esta técnica de microlente astrométrica proporcionó información sobre la masa, la distancia y la velocidad del agujero negro. La cantidad de desviación por la intensa deformación del espacio del agujero negro permitió al equipo de Sahu estimar que posee siete masas solares.

El equipo de Lam informa de un rango de masa ligeramente inferior, lo que significaría que el objeto puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro. Estiman que la masa del objeto compacto invisible es entre 1,6 y 4,4 veces la del Sol. En el extremo superior de este rango, el objeto sería un agujero negro; en el extremo inferior, sería una estrella de neutrones.

“Por mucho que nos gustaría decir que definitivamente es un agujero negro, debemos informar de todas las soluciones posibles. Esto incluye agujeros negros de menor masa y posiblemente incluso una estrella de neutrones”, dijo Jessica Lu del equipo de Berkeley.

“Sea lo que sea, el objeto es el primer remanente estelar oscuro descubierto vagando por la galaxia, sin estar acompañado por otra estrella”, agregó Lam.

Esta fue una medida particularmente difícil porque hay una estrella brillante, no relacionada, que está extremadamente cerca en separación angular a la estrella fuente. “Así que es como tratar de medir el pequeño movimiento de una luciérnaga junto a una bombilla de luz brillante”, dijo Sahu. “Tuvimos que restar meticulosamente la luz de la estrella brillante cercana para medir con precisión la desviación de la fuente débil”.

El equipo de Sahu estima que el agujero negro aislado viaja a través de la galaxia a 160.000 kilómetros por hora (tal velocidad como para viajar de la Tierra a la Luna en menos de tres horas). Eso es más rápido que la mayoría de las otras estrellas vecinas en esa región de nuestra galaxia.

“La microlente astrométrica es conceptualmente simple pero observacionalmente muy difícil”, dijo Sahu. “La microlente es la única técnica disponible para identificar agujeros negros aislados”. Cuando el agujero negro pasó frente a una estrella de fondo ubicada a 19.000 años luz de distancia en el núcleo galáctico, la luz de la estrella que venía hacia la Tierra se amplificó durante 270 días a medida que pasaba el agujero negro. Sin embargo, supuso varios años de observaciones del Hubble seguir cómo la posición de la estrella de fondo parecía ser desviada por la curvatura de la luz por el agujero negro de primer plano.

La existencia de agujeros negros de masa estelar se conoce desde principios de la década de 1970, pero todas sus mediciones de masa, hasta ahora, se han realizado en sistemas estelares binarios. El gas de la estrella compañera cae en el agujero negro y se calienta a temperaturas tan altas que emite rayos X. Aproximadamente se ha medido la masa de dos docenas de agujeros negros en binarios de rayos X a través de su efecto gravitacional sobre sus compañeros. Las estimaciones de masa oscilan entre 5 y 20 masas solares. Los agujeros negros detectados en otras galaxias por ondas gravitacionales de fusiones entre agujeros negros y objetos compañeros han llegado a tener 90 masas solares.

“Las detecciones de agujeros negros aislados proporcionarán nuevos conocimientos sobre la población de estos objetos en nuestra Vía Láctea”, dijo Sahu. Pero es como la búsqueda de una aguja en un pajar. La predicción es que solo uno de cada cientos de eventos de microlente es causado por agujeros negros aislados.

El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, descubrirá varios miles de eventos de microlente, de los cuales se espera que muchos sean agujeros negros, y las desviaciones se medirán con una precisión muy alta.

En un artículo de 1916 sobre la relatividad general, Albert Einstein predijo que su teoría podría probarse observando la gravedad del Sol compensando la posición aparente de una estrella de fondo. Esto fue probado por una colaboración dirigida por los astrónomos Arthur Eddington y Frank Dyson durante un eclipse solar el 29 de mayo de 1919. Eddington y sus colegas midieron una estrella de fondo compensada por 2 segundos de arco, validando las teorías de Einstein. Estos científicos difícilmente podrían haber imaginado que más de un siglo después, esta misma técnica se usaría, con una precisión inimaginable de mil veces mejor, para buscar agujeros negros en la galaxia.

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