El primer vistazo de un agujero negro solitario deleita a los astrónomos

Los agujeros negros solitarios probablemente ensucian la galaxia, pero son extremadamente difíciles de detectar. Ahora, los astrónomos han visto, por primera vez, un agujero negro aislado, deambulando solo por la Vía Láctea. Por lo general, los agujeros negros se vislumbran cuando interactúan con otros objetos, como las estrellas compañeras. El estudio de los agujeros negros en solitario, una clase separada de objeto cósmico, debería ayudar a los científicos a comprender cómo se forman y qué tan abundantes son.

Los agujeros negros son tan masivos que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitatoria, por lo que, por su naturaleza, son invisibles. Siguen siendo fantasmales a menos que interactúen con otros objetos estelares , por ejemplo, sobrecalentando la materia de una estrella compañera , o colisionando para generar ondas gravitacionales que se extienden por todo el Universo.

Se cree que los agujeros negros solitarios son comunes y se forman cada vez que una sola estrella de más de 20 masas solares llega al final de su vida. "Debería haber 100 millones de agujeros negros de este tipo en la galaxia, deberían estar en todas partes, pero es muy difícil encontrarlos", dice Kailash Sahu, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, quien dirigió el equipo que hizo el descubrimiento.

Confirmar la presencia del agujero negro tomó diez años de observaciones, utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y varios observatorios terrestres. Un artículo preliminar 1 que detalla el hallazgo, publicado en arXiv el 31 de enero, aún no ha sido revisado por pares, pero ya está emocionando a los astrónomos. "Creo que este es un descubrimiento muy emocionante e importante", dice Selma de Mink, astrofísica del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching, Alemania.

Para detectar el agujero negro solitario, el equipo internacional utilizó una técnica conocida como microlente. Los investigadores buscaron estrellas que parecían brillar cuando pasaba un objeto invisible, su atracción gravitacional doblaba y enfocaba la luz de las estrellas como una lente (ver 'Lentes cósmicas'). Los objetos muy masivos, como los agujeros negros, afectan un área más grande del espacio y, por lo tanto, iluminan la estrella durante más tiempo. Pero los objetos débiles y más ligeros, como las estrellas de neutrones, que se mueven con una lentitud inusual también podrían causar un brillo prolongado.

Entonces, el equipo seleccionó ocho objetos candidatos, que no produjeron luz propia pero iluminaron una estrella de fondo durante al menos 200 días, para realizar más observaciones. Ahora tienen suficientes datos para afirmar que uno es un agujero negro.

Durante seis años, el grupo usó el telescopio espacial Hubble para medir cómo el objeto que pasaba parecía desviar la posición de una estrella en el cielo. Esta desviación es minúscula: medirla desde la Tierra equivale a que alguien en Nueva York mida el ancho de una moneda en Los Ángeles, dice Sahu. Usando ecuaciones derivadas por primera vez por Albert Einstein en 1915, los investigadores pudieron calcular que la masa del objeto invisible es aproximadamente siete veces la del Sol: lo suficientemente pesado como para que sea casi seguro que sea un agujero negro. "Fueron los primeros en detectar sin ambigüedades un solo agujero negro", dice de Mink.

La detección es mucho más convincente que las afirmaciones previas de agujeros negros solitarios, concuerda Eric Agol, astrónomo de la Universidad de Washington en Seattle, quien hace 20 años estuvo entre los investigadores que propusieron la combinación de técnicas de iluminación y desviación utilizadas por el equipo 2 .

Finalmente, la información adicional provino de los observatorios terrestres que vieron el evento de brillo. Ligeras diferencias en el ángulo en el que la luz incide en varios lugares del globo crearon un efecto de paralaje que identificó la distancia del agujero negro a 1,58 kiloparsecs (5.150 años luz) de la Tierra.

Patada de supernova

Poner la distancia y la masa del objeto junto con la duración del brillo reveló que el agujero negro viaja a través de nuestro campo de visión a unos 45 kilómetros por segundo. Esto es un poco más rápido que las velocidades de 10 a 30 kilómetros por segundo de otras estrellas en su vecindario, dice Sahu. Eso podría indicar que el agujero negro recibió una "patada" adicional cuando se formó en el núcleo de una explosión de supernova. “Qué manera de nacer”, dice.

Esta medida es emocionante porque las patadas que reciben los agujeros negros al nacer todavía son objeto de un "gran debate" y tienen implicaciones para comprender las supernovas, dice Ilya Mandel, astrónomo de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia. Pero señala que los astrónomos conocen la velocidad del agujero negro en una sola dirección; aún podría estar rezagado en comparación con sus vecinos si se mueve más lentamente que ellos en otra dirección, como alejándose de la Tierra. El trabajo es “un resultado muy bueno que demuestra una técnica emocionante, pero quedan muchas preguntas”, dice.

Aunque se puede aprender poco de un solo ejemplo, el equipo tiene otros tres candidatos prometedores de agujeros negros para examinar. A medida que surjan más hallazgos, podrían ayudar a los astrónomos a descubrir mucho más sobre los orígenes de los agujeros negros aislados, así como qué tan comunes son, dice Feryal Özel, astrónomo de la Universidad de Arizona en Tucson. “No deberíamos inferir nada de un solo punto de datos, pero estoy emocionada”, dice.

La técnica utilizada por el equipo también debería permitir a los astrónomos identificar una variedad más amplia de agujeros negros que los que normalmente se ven con los métodos existentes, como la observación de estrellas compañeras, agrega Mandel. “Necesitamos muchas formas de estudiar los agujeros negros para obtener una imagen completa”, dice.